DE69917125T2

DE69917125T2 - Steueranlage zur Minimalisierung des Energieverbrauchs in einem Kühlungssystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69917125T2
Application number: DE69917125T
Authority: DE
Inventors: Andrea Bartolazzi; Antonio Cicirello
Original assignee: Gate SRL
Current assignee: Gate SRL
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2019-04-24
Also published as: DE69917125D1; US6213061B1; ITTO980348A1; EP0952315B1; EP0952315A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für das Kühlsystem des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.
Genauer gesagt ist der Gegenstand der Erfindung ein Steuersystem für ein Kühlsystem, welches einen auf Flüssigkeit basierenden Kühlkreislauf einschließlich eines Kühlers mit dazugehöriger elektrisch betriebener Gebläseanordnung und zumindest eine Elektropumpe umfasst, welche dazu betreibbar ist, die Kühlflüssigkeit durch den Kühler und den Verbrennungsmotor fließen zu lassen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Steuersystems für ein Kühlsystem dieses Typs, welches dazu betreibbar ist, die Elektroenergie, die erforderlich ist, um dem Verbrennungsmotor die gewünschte Wärmemenge zu entziehen, auf ein Mindestmaß zu reduzieren.
Die Erfindung erreicht dieses und andere Ziele durch das Bereitstellen eines Steuersystems, dessen Hauptcharakteristika im angeschlossenen Anspruch 1 definiert sind.
Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, welche rein anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels dargelegt ist, und zwar unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, wobei:
1 ein Blockdiagramm eines Kühlsystems für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Steuersystem ist;
2 eine beispielhafte grafische Darstellung ist, welche die qualitative Beziehung zwischen jenen Elektroenergien veranschaulicht, die einer Elektropumpe bzw. einem elektrischen Gebläse in einem Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor zuzuführen sind, und zwar abhängig von der Wärme, die dem Motor zu entziehen ist; und
3 ein Blockdiagramm ist, welches die Struktur eines Teils des Steuersystems der 1 darstellt.
In 1 ist ein Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug im Allgemeinen mit E bezeichnet. Ein zu diesem Motor gehöriges Umlauf-Flüssigkeitskühlsystem ist im Allgemeinen mit 1 bezeichnet.
Das Kühlsystem 1 umfasst einen auf Flüssigkeit basierenden Kühlkreislauf einschließlich eines Kühlers 2, der durch Rohre 3 und 4 am Motor E angeschlossen ist. Ein elektrisches Gebläse 5 zum Ziehen eines Luftstroms durch den Kühler 2 ist durch bekannte Mittel an diesem Kühler angeschlossen.
Der Flüssigkeitskühlkreislauf umfasst auch zumindest eine mit 6 bezeichnete Elektropumpe zum Umwälzen der Flüssigkeit.
Das elektrische Gebläse 5 und die Elektropumpe 6 werden von einer elektronischen Steuereinheit ECU abhängig von Signalen, welche von dieser Einheit von einer Mehrzahl von Sensoren empfangen werden, gesteuert.
Insbesondere ist das Steuersystem ECU (beispielsweise) mit einem Sensor S1 verbunden, der dazu betreibbar ist, elektrische Signale zu liefern, welche die Temperatur des Motors E anzeigen, mit einem Sensor S2, der dazu betreibbar ist, Signale zu senden, welche die Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigen, sowie mit einem Sensor S3, der Signale liefert, welche die Temperatur der Umgebungsluft, d. h. der Luft außerhalb des Kraftfahrzeugs, anzeigen.
Wie in der Folge deutlicher hervorgeht, ist die Steuereinheit ECU dazu eingestellt, das elektrische Gebläse 5 und die Elektropumpe 6 solcherart zu steuern, um die Reduktion der gesamten, dem Gebläse 5 und der Pumpe 6 zuzuführenden Elektroenergie zu optimieren, um den Verbrennungsmotor E, so wie erforderlich, abzukühlen.
Der Modus operandi der Steuereinheit ECU beruht auf den Betrachtungen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 erläutert werden.
In der grafischen Darstellung der 2 ist die dem elektrischen Gebläse 5 zugeführte Elektroenergie P_FANM auf der Abszisse aufgetragen, während die der Elektropumpe 6 zugeführte Elektroenergie P_PMP auf der Ordinate aufgetragen ist. In der grafischen Darstellung entsprechen die mit P_T1, P_T2, P_T3 bezeichneten Kurven konstanten Werten der Wärmeenergie P, welche durch das obenstehend beschriebene Kühlsystem dem Motor E entzogen wird. Die festgelegten Kurven entsprechen drei verschiedenen Wärmeenergiewerten, wobei P_T1 < P_T2 < P_T3.
Die Bedeutung der in 2 festgelegten Kurven ist wie folgt. Beispielsweise unter Bezugnahme auf die Kurve P_T1 definiert diese Kurve das Paar von Werten P_PMP, P_FANM, welche ermöglichen, dass dem Verbrennungsmotor E Wärmeenergie mit dem Wert P_T1 entzogen wird. Die Wärmeenergie P_T1 kann somit dem Motor entzogen werden, indem der Pumpe 6 Elektroenergie mit dem Wert P_PMPA zugeführt wird, während dem elektrischen Gebläse 5 gleichzeitig Elektroenergie mit dem Wert P_FANMA (Punkt A auf der Kurve P_T1) zugeführt wird, oder indem (beispielsweise) der Pumpe 6 Elektroenergie P_PMPB und dem Gebläse 5 gleichzeitig Elektroenergie P_FANMB (Punkt B) zugeführt wird. Der in 2 mit A bezeichnete Angriffspunkt entspricht einem Gesamtelektrizitätsverbrauch, welcher gleich der Summe der Elektroenergiewerte P_PMPA und P_FANMA ist. In derselben Art und Weise entspricht der Angriffspunkt B einem Gesamtelektrizitätsverbrauch, welcher gleich der Summe aus Elektroenergiewert P_PMPB und Elektroenergiewert P_FANMB ist.
Für einen bestimmten Wert P_T1 (z. B.) der dem Motor E zu entziehenden Wärmeenergie gibt es einen in 2 mit Q₁ bezeichneten, optimalen Angriffspunkt, welcher einem minimalen Gesamtelektrizitätsverbrauch entspricht. In anderen Worten, der Punkt Q₁ ist jener Angriffspunkt auf der Kurve P_T1, wo die Summe der Elektroenergiewerte, welche dem elektrischen Gebläse und der Elektropumpe zugeführt werden, ein Minimum ist.
Ähnliche optimale Angriffspunkte, welche einem minimalen Elektrizitätsverbrauch entsprechen, existieren entlang jeder Kurve P_T = konstant: in 2 sind die Angriffspunkte, welche dem minimalen Elektrizitätsverbrauch für die Kurven P_T2 und P_T3 entsprechen, mit Q₂ bzw. Q₃ bezeichnet.
In der grafischen Darstellung der 2 bilden die optimalen Angriffspunkte Q_i eine mit Q bezeichnete Kurve. Diese Kurve stellt die Ortskurve der Angriffspunkte eines minimalen Gesamtelektrizitätsverbrauchs dar, d. h. die Ortskurve der Angriffspunkte, für die P_PMP + P_FANM = MIN.
Bei einer bestimmten Kühleinrichtung der zuvor beschriebenen Art ist es möglich, die jeweiligen Q-Kurven, welche die Ortskurve der Angriffspunkte Q_i eines minimalen Gesamtelektrizitätsverbrauchs bilden, für eine Mehrzahl von Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Jede Betriebsbedingung des Fahrzeugs kann mittels des Werts der Lufttemperatur außerhalb des Fahrzeugs und dessen momentaner Geschwindigkeit berechnet werden.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst die Steuereinheit ECU eine Bearbeitungs- und Steuerungsstufe ST mit einem dazugehörigen Speicher M.
Die Bearbeitungsstufe ST empfängt die von den Sensoren S1 bis S3 gesendeten Signale und ist an einem Speicher M angeschlossen, der Werte speichert, welche die entsprechenden, obenstehend definierten Kurven Q für eine Mehrzahl verschiedener Betriebsbedingungen des Fahrzeugs darstellen.
Die Stufe ST ist dazu betreibbar, die Aktivierung der Elektropumpe 6 und des elektrischen Gebläses 5 zu steuern, und zwar insbesondere, um die ihnen jeweils zugeführte Elektroenergie zu kontrollieren.
Während des Betriebs empfängt die Bearbeitungsstufe ST Signale von den Sensoren S2 und S3, welche die momentane Betriebsbedingung des Kraftfahrzeugs identifizieren, sowie das Signal vom Sensor S1, welches die Temperatur des Motors E anzeigt.
Auf Basis der von den Sensoren S2 und S3 gelieferten Signale wählt die Bearbeitungsstufe ST aus dem Speicher M die Werte einer entsprechenden vorbestimmten Funktion aus, die jene Kurve Q ausdrückt, welche die Ortskurve des Angriffspunkts eines minimalen Gesamtelektrizitätsverbrauchs für diese bestimmte Betriebsbedingung darstellt.
Sobald diese Kurve Q bestimmt ist, führt die Stufe ST am Beginn des Steuerungsvorgangs der Elektropumpe 6 (oder dem elektrischen Gebläse 5) einen vorbestimmten relativ niedrigen Elektroenergiewert zu und führt dem elektrischen Gebläse (oder der Elektropumpe) den Elektroenergiewert zu, welcher jener Energie entspricht, die gemäß der Kurve Q in Bezug auf diese momentane Betriebsbedingung der Elektropumpe 6 (dem elektrischen Gebläse 5) zugeführt wird. Die Stufe ST prüft daraufhin die Temperatur des Motors E (vom Sensor S1 gemeldet) und ob diese höher (niedriger) als ein vorbestimmter Vergleichswert sein sollte, initiiert einen Anstieg (Abfall) der Elektroenergie, die der Pumpe 6 und dem Gebläse 5 zugeführt wird, welche ihren Angriffspunkt entlang der zuvor bestimmten Kurve Q bewegen.
Die Kurve Q, welche zum Erhalten von Feedback zwecks Kontrolle der Temperatur des Motors E verwendet wird, kann verändert werden, wenn die Signale, die von den Sensoren S2 und S3 zur Stufe ST geliefert werden, anzeigen, dass bei zumindest einem der beiden Parameter, welche die Betriebsbedingung des Fahrzeugs, d. h. dessen Geschwindigkeit und die Temperatur der Außenluft, festlegen, eine merkliche Änderung stattgefunden hat.
Die Werte der Elektroenergie, die zu irgendeinem Zeitpunkt dem elektrischen Gebläse und der Elektropumpe zugeführt werden muss, können beispielsweise durch Modulation des Arbeitszyklus der diesem Gerät zugeführten Spannung gesteuert werden.
Das obenstehend beschriebene Steuersystem ermöglicht ein Arbeiten des Kühlsystems mit optimaler Effizienz, wodurch sichergestellt wird, dass der Elektrizitätsverbrauch für jede Betriebsbedingung minimal gehalten wird.
Natürlich können sich die Ausführungsformen und Herstellungsdetails weitgehend von jenen unterscheiden, die hier rein anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels beschrieben und veranschaulicht wurden, ohne dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den angeschlossenen Ansprüchen beansprucht, abzuweichen, wobei das Prinzip der Erfindung dasselbe bleibt.
Der Umfang der Erfindung deckt insbesondere ein System ab, bei dem dem Kühler zwei elektrische Gebläse oder eine elektrische Gebläseeinheit, bei der zwei Gebläse von ein- und demselben Elektromotor betrieben werden, zugeordnet sind.

Claims

Steuersystem für ein Kühlsystem (1) eines Verbrennungsmotors (E) eines Kraftfahrzeugs, welches einen Flüssigkeitskühlkreislauf einschließlich eines Kühlers (2) mit dazugehöriger elektrisch betriebener Gebläseanordnung (5) und zumindest eine Elektropumpe (6) umfasst, welche dazu betreibbar ist, einen Strom von Kühlflüssigkeit durch den Kühler (2) und den Motor (E) zu schaffen; wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: erste Sensormittel (S1), die dazu betreibbar sind, elektrische Signale zu liefern, welche die Temperatur des Motors (E) anzeigen; zweite Sensormittel (S2, S3), die dazu betreibbar sind, elektrische Signale zu liefern, welche zur Bestimmung der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs aufgestellte, vorbestimmte Parameter anzeigen; und Bearbeitungs- und Steuerungsmittel (ST), die mit den ersten (S1) und zweiten Sensormitteln (S2, S3) verbunden und dazu angeordnet sind, – auf Basis der von den zweiten Sensormitteln (S2, S3) gelieferten Signale eine entsprechende vorbestimmte Funktion (Q) auszuwählen, welche in Abhängigkeit von der aus dem Motor (E) entnommenen Wärmeenergie (P_T) die der Gebläseanordnung (5) zuzuführende Elektroenergie (P_FANMi) in eine Wechselbeziehung mit der der Elektropumpe (6) zuzuführenden Elektroenergie (P_PMPi) bringt, um die Mindestsumme dieser Elektroenergiewerte (P_FANMi, P_PMPi) zu erhalten; und – auf Basis der von den ersten Sensormitteln (S1) gelieferten Signale und der ausgewählten Funktion (Q) die Werte der dem elektrischen Gebläse (5) und der Elektropumpe (6) zuzuführenden Elektroenergie zu bestimmen.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Sensormittel einen Sensor (S3) umfassen, der dazu betreibbar ist, elektrische Signale zu liefern, welche die Umgebungstemperatur anzeigen, sowie einen Sensor (S2), der dazu betreibbar ist, Signale zu liefern, welche die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs anzeigen.
System gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Bearbeitungsmitteln (ST) Speichermittel (M) zugeordnet sind, in denen Paare von Werten der Elektroenergie (P_FANMi, P_PMPi) festgelegt sind, welche der Gebläseanordnung (5) bzw. dem Elektrogebläse (6) entsprechend Veränderungen der vom Motor (E) erzeugten Wärmeenergie, der Umgebungstemperatur und der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zuzuführen ist.