DE19948249A1 - Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen - Google Patents
Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine in KraftfahrzeugenInfo
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Abstract
Bei einem Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit einer von der Brennkraftmaschine zum Kühler führenden Vorlaufleitung, mit einer von KIühler zur Brennkraftmaschine führenden Rücklaufleitung, mit einer die Vorlauf- und die Rücklaufleitung verbindenen Kurzschlußleitung und mit einem Thermostatventil, durch das in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kühlmittelfluß von der Brennkraftmaschine durch die Kurzschlußleitung und/oder durch den Kühler zurück zur Brennkraftmaschine geführt wird, ist zumindest ein erster Temperatursensor zur Erfassung der Külmitteltemperatur am Kühlerausgang vorgesehen. Dessen Ausgangssignal wird einer Steuereinheit zugeführt. Die Steuereinheit überprüft bei einem Wechsel von einer ersten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil zunächst nur durch die Kurzschlußleitung geführt werden müßte, zu einer zweiten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil zumindest teilweise über den Kühler freigegeben werden müßte, ob ein Ansteigen der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang beginnt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine
in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Kühlsystem ist beispielsweise aus der DE 37 05 232 A1 be
kannt. Dabei kann das Thermostatventil beispielsweise ein unbeheiztes oder
ein beheizbares Dehnstoffelement enthalten. Zum technischen Umfeld, ins
besondere im Hinblick auf die verschiedenen Betriebsbedingungen, die zum
Öffnen, teilweisen Öffnen und Schließen des Thermostatventils führen kön
nen, wird auch auf die DE 43 24 178 A1 hingewiesen.
Intern ist weiterhin bekannt, zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des
Thermostatventils einen ersten Temperatursensor zur Erfassung der Ther
mostateinlaßtemperatur und einen zweiten Temperatursensor zur Erfassung
der Thermostatauslaßtemperatur vorzusehen. Dabei entspricht die Thermo
stateinlaßtemperatur der Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraft
maschine, also der Temperatur des zu kühlenden Kühlmittels, und die Ther
mostatauslaßtemperatur der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang, also
der Temperatur des gekühlten Kühlmittels, wenn das Kühlmittel zumindest
teilweise über den Kühler geführt wurde. Bei einer Überprüfungsroutine wird
ein Fehler des Thermostatventils festgestellt, wenn erstens die Thermostat
einlaßtemperatur unterhalb der Thermostatöffungstemperatur ist, das Ther
mostatventil also das Kühlmittel nur über den Kurzschluß zurück zur Brenn
kraftmaschine durchlassen dürfte, und zweitens eine Temperaturdifferenz
zwischen der Thermostatauslaßtemperatur und der Thermostateinlaßtempe
ratur besteht, die kleiner als eine vorgegebene Fehlererkennungsschwelle
ist. Denn bei funktionsfähigem Thermostatventil müßte bei einer Kühlmittel
temperatur unterhalb der Thermostatöffnungstemperatur die Thermo
statauslaßtemperatur, wie oben definiert, viel kleiner sein als die Thermo
stateinlaßtemperatur. Durch diese Überprüfungsroutine kann jedoch nur ein
Festklemmen des Thermostatventils erkannt werden. Die zusätzliche Über
wachung der Regeltemperatur ist nicht möglich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige Diagnose der gesamten
Funktionsfähigkeit des Thermostatventils in einem Kühlsystem eingangs ge
nannter Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der ab
hängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß ist zumindest ein erster Temperatursensor zur Erfassung
der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang vorgesehen. Das Ausgangs
signal des Temperatursensors wird einer vorzugsweise elektronischen Steu
ereinheit zugeführt, die bei bekannten Kühlsystemen ohnehin bereits vor
handen ist. Dabei kann das Ausgangssignal des Temperatursensors entwe
der direkt oder z. B. über eine Busverbindung von einem anderen
Steuergerät übertragen werden. Die Steuereinheit, die üblicherweise auch
noch weitere Eingangssignale erhält und verarbeitet, überprüft bei einem
Wechsel von einer ersten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß
durch das Thermostatventil zunächst nur durch die Kurzschlußleitung geführt
werden müßte, zu einer zweiten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittel
fluß durch das Thermostatventil zumindest teilweise über den Kühler freige
geben werden müßte, ob ein Ansteigen der Kühlmitteltemperatur am Kühler
ausgang beginnt.
Vorzugsweise ist ein zweiter Temperatursensor zur Erfassung der Kühlmit
teltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine vorgesehen, der bei
spielsweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angebracht sein
kann. Dessen Ausgangssignal wird ebenfalls der Steuereinheit zugeführt.
Die wichtigsten Betriebsbedingungen zum Öffnen, teilweisen Öffnen und
Schließen des Thermostatventils beziehen sich auf die Kühlmitteltemperatu
ren.
Die zweite Betriebsbedingung, die zumindest zum teilweisen Öffnen des
Thermostatventils bzw. zur teilweisen Freigabe des Kühlmittelflusses über
den Kühler führt, ist vorzugsweise das Erreichen einer vorgegebenen
Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine, vorzugsweise
der sog. Öffnungstemperatur. Weitere Betriebsbedingungen können sich
beispielsweise auch auf die Umgebungstemperatur oder die
Brennkraftmaschinendrehzahl beziehen. Die Erfindung ist für unbeheizte
Thermostatventile ebenso wie für beheizbare Thermostatventile anwendbar.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einwandfreier Funktion
des Thermostaten bis zum Erreichen der Öffnungstemperatur (=
Regeltemperatur) das Kühlwasser ausschließlich im sogenannten kleinen
Kreislauf, d. h. unter Umgehung des Kühlers nur über den Kurzschluß,
zirkuliert. Dabei verharrt die Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang auf
annähernd gleichem Niveau. Wird die Betriebsbedingung, insbesondere die
Öffnungstemperatur, zum "Öffnen" des Thermostaten erreicht, fließt erstmals
zumindest teilweise Kühlmittel durch den Kühler, wodurch die
Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang ansteigt. Wird kein Anstieg der
Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang erkannt, obwohl der Thermostat
gemäß der vorgegebenen Betriebsbedingung geöffnet haben müßte, wird
beispielsweise eine Fehlermeldung entsprechend der bekannten On-Board-
Diagnose-Vorschriften ausgegeben. Die Fehlermeldung kann beispielsweise
auf ein Festklemmen des Thermostatventils im geschlossenen Zustand
hinweisen. Das Thermostatventil kann in diesem Fall ggf. repariert werden.
Die Steuereinheit überprüft vorzugsweise weiterhin, ob die
Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine oberhalb einer
zweiten Schwelle liegt, nachdem die Kühlmitteltemperatur am
Kühlerausgang eine erste Schwelle erreicht oder überschritten hat. Die erste
Schwefle liegt unterhalb der zweiten Schwelle. Ein Anstieg der
Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang, z. B. um einen vorgegebenen
Betrag, kann als zuverlässige Freigabebedingung zum Ablauf der
geforderten Diagnose im Regelbetrieb genutzt werden. Die zweite Schwelle
wird vorteilhafterweise entsprechend vorgegebener Umweltvorschriften so
gewählt, daß sie einer Kühlmitteltemperatur bzw. einer
Brennkraftmaschinentemperatur entspricht, die zur Optimierung der
Emissionswerte und/oder zur Freigabe weiterer abgasrelevanter
Diagnosefunktionen mindestens notwendig ist. Liegt die
Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine im Regelbetrieb,
d. h. also wenn die Kühlmitteltemperatur bereits angestiegen ist, unterhalb
dieser zweiten Schwelle, wird ebenfalls eine Fehlermeldung ausgegeben. In
einem Fehlerspeicher kann in diesem Fall beispielsweise auf eine
möglicherweise falsche Auslegung des Thermostatventils oder auf eine
Leckage im Thermostatventil hingewiesen werden. Das Thermostatventil
muß somit ggf. ausgetauscht werden.
Durch die Erfindung ist eine Gesamtdiagnose mit differenziertem
Fehlerhinweis möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es
zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten des
erfindungsgemäßen Kühlsystems und
Fig. 2 typische Temperaturverläufe bei intaktem Thermostatventil.
In Fig. 1 ist ein Kühlsystem eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeuges mit
einer Brennkraftmaschine 1, mit einem Kühler 2, mit einer von der
Brennkraftmaschine 1 zum Kühler 2 führenden Vorlaufleitung 3, mit einer
vom Kühler 2 zur Brennkraftmaschine 1 führenden Rücklaufleitung 4, mit
einer die Vorlaufleitung 3 und die Rücklaufleitung 4 verbindenen
Kurzschlußleitung 5 und mit einem in der Kurzschlußleitung 5 angeordneten
Thermostatventil 6 dargestellt. Das Thermostatventil 6 ist derart angeordnet
und ausgestaltet, daß in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen,
insbesondere der Kühlmitteltemperatur am Thermostateinlaß, der
Kühlmittelfluß von der Brennkraftmaschine 1 durch die Kurzschlußleitung 5
und/oder durch den Kühler 2 zurück zur Brennkraftmaschine 1 geführt wird.
Derartige Kühlsysteme sind bekannt. Für weitere Details wird beispielsweise
auf die DE 43 24 178 DE verwiesen.
Insbesondere wird mittels derartiger Kühlsysteme erreicht, daß bei kalter
Brennkraftmaschine 1 und damit bei kalter Kühlmitteltemperatur das
Kühlmittel unter Umgehung des Kühlers 2 über die Kurzschlußleitung 5
möglichst ungekühlt wieder zurück in die Brennkraftmaschine 1 geführt wird.
Dadurch wird die Brennkraftmaschine 1 schnell erwärmt, wodurch die
Emissionen einer Brennkraftmaschine verringert werden.
Über entsprechende Auslegung und/oder Heizansteuerung des
Thermostatventils 5 findet eine Regelung auf eine vorgegebene spezifizierte
Kühlmitteltemperatur statt. Da diese Funktion abgasrelevant ist, ist hierfür
eine möglichst sichere Überwachung erforderlich.
Hierzu ist am Kühlerausgang ein erster Temperatursensor 7 und am
Ausgang der Brennkraftmaschine 1 bzw. vorzugsweise in einem Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine 1 ein zweiter Temperatursensor 9 angebracht. Die
Temperatursensoren 7 und 9 sind mit Eingängen einer elektronischen
Steuereinheit 8 verbunden. Die Steuereinheit 8 weist ggf. noch weitere
Eingänge zur Erfassung von weiteren Betriebsbedingungen auf, wie z. B. zur
Erfassung der Brennkraftmaschinendrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit,
der Umgebungstemperatur und/oder der Last der Brennkraftmaschine.
Die erfindungswesentliche Funktionsweise dieses Kühlsystems wird im
Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert.
In Fig. 2 ist der Temperaturverlauf A der Kühlmitteltemperatur am Ausgang
der Brennkraftmaschine 1 dargestellt, der mittels des z. B. im Zylinderkopf
angebrachten Temperatursensors 9 gemessen wird. Der Temperaturverlauf
B bezieht sich auf die Kühlmitteltemperatur am Ausgang des Kühlers 2, der
mittels des Temperatursensors 7 erfaßt wird.
Beispielsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt
t0 beginnen beide Temperaturverläufe A und B bei derselben Temperatur
TStart, die in etwa der Umgebungstemperatur entspricht. Der mittels des
Temperatursensors 9 erfaßte Temperaturverlauf A steigt relativ schnell an
und erreicht zum Zeitpunkt t1 die Öffnungstemperatur (z. B. 95°C) des
Thermostatventils 6. Zumindest bis zum Zeitpunkt t1 bleibt der
Temperaturverlauf B konstant; denn bei intaktem Thermostatventil wird kein
erwärmtes Kühlmittel über den Kühler 2 geführt, solange die
Öffnungstemperatur nicht erreicht ist. Zum Zeitpunkt t1 beginnt durch
zumindest teilweises Öffnen des Thermostatventils 6 Kühlmittel auch über
den Kühler 2 zu fließen. Zum Zeitpunkt t2, also nach eine kurzen Totzeit ttot,
kommt erwärmtes Kühlmittel am Kühlerausgang an, wodurch der
Temperaturverlauf B beginnt, anzusteigen.
Wird innerhalb einer vorgegeben Zeit nach dem Zeitpunkt t1, die
vorzugsweise größer ttot ist, ein vorgegebener Anstieg des
Temperaturverlaufes B nicht erkannt, wird auf ein fehlerhaftes Festklemmen
des Thermostatventils in nicht geöffnetem Zustand geschlossen. Beginnt der
Temperaturverlauf B bereits vor Erreichen des Zeitpunktes t1 zu steigen,
wird auf ein undichtes Thermostatventil geschlossen. In beiden Fällen wird
von der Steuereinheit 8 vorzugsweise eine differenzierte Fehlermeldung in
einen Diagnosefehlerspeicher eingetragen und/oder an eine Ausgabeeinheit
übermittelt.
Zum Zeitpunkt t3 hat der Temperaturverlauf B eine erste Schwelle S1
erreicht. Diese Schwelle S1 ist so gewählt, daß sich ein intaktes
Thermostatventil sicher im Regelbetrieb befinden müßte, wenn die
Kühlmitteltemperatur am Ausgang des Kühlers 2 diese Schwelle S1
zumindest erreicht hat. Im Regelbetrieb muß die Kühlmitteltemperatur am
Ausgang der Brennkraftmaschine 1 oberhalb einer vorgegebenen zweiten
Schwelle S2 liegen. Im Normalfall entspricht die Regeltemperatur in etwa der
Öffnungstemperatur und ist im dargestellten Beispiel 95°C. Der
Temperaturverlauf A liegt zum Zeitpunkt t3 und später bei etwa 95°C und
damit oberhalb der Schwelle S2. Für den dargestellten Fall ist daher das
Thermostatventil intakt. Würde zum Zeitpunkt t3 die Kühlmitteltemperatur am
Ausgang der Brennkraftmaschine, also der Temperaturverlauf A, unterhalb
dieser zweiten Schwelle S2 liegen, würde von der Steuereinheit 8 eine
entsprechende Fehlermeldung und/oder ein entsprechender
Fehlerspeichereintrag vorgenommen werden, der auf eine zu geringe
Kühlmitteltemperatur im Regelbetrieb hinweisen würde.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird eine einfache,
sichere, differenzierte und schnell ablaufende Diagnosefunktion zur
Überwachung der Einhaltung einer spezifischen abgasreduzierenden
Brennkraftmaschinen-Kühlwassertemperatur erreicht. Durch die teilweise
standardmäßig ohnehin bereits verbauten Kühlmitteltemperatursensoren am
Kühlerausgang und/oder in der Brennkraftmaschine ist ggf. keine zusätzliche
bauliche Veränderung des Kühlsystems erforderlich.
Claims (4)
1. Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit einer
von der Brennkraftmaschine zum Kühler führenden Vorlaufleitung, mit
einer vom Kühler zur Brennkraftmaschine führenden Rücklaufleitung,
mit einer die Vorlauf- und die Rücklaufleitung verbindenen
Kurzschlußleitung und mit einem Thermostatventil, durch das in
Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kühlmittelfluß von der
Brennkraftmaschine durch die Kurzschlußleitung und/oder durch den
Kühler zurück zur Brennkraftmaschine geführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest ein erster Temperatursensor (7) zur
Erfassung der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang vorgesehen ist,
dessen Ausgangssignal einer Steuereinheit (8) zugeführt wird, und daß
die Steuereinheit (8) bei einem Wechsel von einer ersten
Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das
Thermostatventil (6) zunächst nur durch die Kurzschlußleitung (5)
geführt werden müßte, zu einer zweiten Betriebsbedingung, bei der der
Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil (6) zumindest teilweise über
den Kühler (2) freigegeben werden müßte, überprüft, ob ein Ansteigen
der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang beginnt.
2. Kühlsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
zweiter Temperatursensor (9) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur
am Ausgang der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, dessen
Ausgangssignal ebenfalls der Steuereinheit (8) zugeführt wird.
3. Kühlsystem nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Betriebsbedingung ein Erreichen einer vorgegebenen
Kühlmitteltemperatur (T = 95°C) am Ausgang der Brennkraftmaschine
ist, die von der Steuereinheit (8) mittels des Temperatursensors (9)
abgefragt wird.
4. Kühlsystem nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit (8) überprüft, ob die Kühlmitteltemperatur am
Ausgang der Brennkraftmaschine oberhalb einer zweiten Schwelle S2
liegt, nachdem die Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang eine erste
Schwelle S1 erreicht oder überschritten hat.
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DE102014106362A1 (de) * | 2014-05-07 | 2015-11-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur Überwachung des Öffnungszustands eines Regelventils eines Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung dafür |
US10233821B2 (en) | 2014-05-07 | 2019-03-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for monitoring the state of opening of a control valve of a coolant circuit of an internal combustion engine, and device for the same |
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