EP0731260B1 - Control method for a cooling circuit of an internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for regulating a cooling circuit Internal combustion engine, in particular for motor vehicles, with at least one Coolant pump for setting a coolant flow, a cooler module in which a Heat exchange between an air flow adjustable by means of a fan and the coolant, possibly a temperature-dependent valve for adjustment a mixing ratio between that passed through the cooler module Coolant flow and a guided over a second flow branch Coolant flow and a control unit that is at least that of the coolant pump generated coolant flow and controls the air flow generated by the fan.
- a device for controlling the cooling of a device is known Internal combustion engine that uses a coolant pump to generate the Flow of the coolant in an internal combustion engine and a radiator guided coolant circuit, a fan for generating an air flow through the Cooler and a control device depending on a temperature setpoint of the coolant controls the air flow generated by the fan.
- the Coolant pump is driven by an organ of the internal combustion engine and thus a function of the speed of the internal combustion engine Coolant flow generated, especially in the warm-up phase after the start of Internal combustion engine requires too much energy and the Warm-up phase of the internal combustion engine unnecessarily extended.
- German laid-open specification DE 38 10 174 A1 Device for controlling the coolant temperature of an internal combustion engine is indeed in addition to the blowers that generate the air flow through the cooler, also those from one Electric motor driven coolant pump depending on a temperature setpoint controlled, but the temperature setpoint is dependent on the engine load and Engine speed specified so that the warm-up phase through the Operating point-dependent control of the coolant pump and fan is unnecessary is extended.
- WO-A-84 00578 describes a control method according to the preamble of Claim 1 known.
- the speed of the coolant pump being regulated in such a way that the temperature difference between the inlet and outlet temperature of the Motor is below a certain limit.
- Has the temperature at the outlet of the Motors reaches a certain threshold the temperature difference between the temperature at the inlet and outlet of the motor in relation to the aforementioned Limit value and also the temperature at the output of the motor in relation to one certain temperature limit regulated by the speed of the coolant pump and if necessary, the fan speed is also set accordingly.
- the circuitry complexity is relatively high and Operation carried out continuously and two separate temperature measurements must be evaluated.
- the present invention is therefore based on the object of a method for To provide control of a cooling circuit for an internal combustion engine, in which with the simplest possible means, the power consumption of the coolant pump and the Air flow through the cooler module producing blower kept low Warm-up phase of the internal combustion engine by generating too high Coolant flow is not unnecessarily extended.
- a temperature limit of the coolant between the warm-up phase after the start of the internal combustion engine and one Operation of the internal combustion engine with operating temperature differentiated. Below of the temperature limit is both that generated by the coolant pump Coolant flow and the air flow generated by the fan through the cooler module in Regulated depending on a differential temperature setpoint. After reaching the The temperature limit value controls the coolant pump and the blower both as a function of the differential temperature setpoint and a temperature setpoint of the coolant at the engine outlet.
- the Temperature limit only the coolant flow generated by the coolant pump in Regulate dependence of the differential temperature, but no air flow through the Generate cooler module.
- a further shortening of the warm-up phase is achieved if below one Initial coolant temperature that is less than the temperature limit and one defined period of time after starting the internal combustion engine neither Coolant flow from the coolant pump still generates an air flow from the blower. The time period in which neither the coolant pump nor the blower are activated, is determined so that no hot spots can occur on the internal combustion engine.
- the control of the coolant pump and / or the fan generating the air flow as a function of the heat flow in the coolant occurs. This is done by creating those from the control unit Control signals with a delay to the coolant pump and / or the fan to get redirected. The size of the delay is chosen so that the Time behavior of the coolant pump and the blower the dynamic behavior of the Heat flow of the coolant corresponds.
- the temperature setpoint of the coolant for the control at least the Coolant pump and blower is preferred depending on one for each Operating point of the internal combustion engine optimal engine temperature determined.
- the at least from the operating point of the internal combustion engine and from The coolant flow predetermined heat flow is stored as a map in the control unit.
- the coolant circuit shown in FIG. 1 for an internal combustion engine 2 of a motor vehicle consists of several line branches a to f, the opening cross sections of which are controlled by a temperature-dependent valve 6 (thermostat).
- the direction of rotation of the coolant flow, which is driven by the coolant pump 3, is indicated by arrows.
- the line branch a is guided via a cooler module 1 for cooling the coolant emerging from the internal combustion engine 2. Air is drawn in from outside the motor vehicle by the fan 4 arranged behind the radiator module 1. When flowing through the cooler module 1, a heat exchange takes place between the air flow m ⁇ l adjustable by the blower 4 and the coolant flow m ⁇ w .
- a line branch b is provided, the cross section of which can be controlled by the temperature-dependent valve 6 in order to influence the coolant temperature.
- the line branch c has an expansion tank 7 and serves to regulate the pressure in the entire coolant circuit.
- a heat exchanger 8 for the interior heating of the motor vehicle and a cooler 9 and 10 for cooling the engine oil and the transmission oil are arranged in the additional line branches d to f. These line branches d to f are optional.
- the corresponding cooling or heating functions can also be solved in other ways.
- the coolant circuit includes a control unit 5, for example the control unit of the internal combustion engine, which receives the output signal S sen of the coolant temperature ⁇ w as an input signal , is detected at the engine outlet temperature sensor 11 and via the output signals S pump , S air and S therm both the speed of the Coolant pump 3 and the fan 4 and the temperature-dependent valve 6 controls.
- a control unit 5 for example the control unit of the internal combustion engine, which receives the output signal S sen of the coolant temperature ⁇ w as an input signal , is detected at the engine outlet temperature sensor 11 and via the output signals S pump , S air and S therm both the speed of the Coolant pump 3 and the fan 4 and the temperature-dependent valve 6 controls.
- the warm-up V1 of the internal combustion engine As illustrated in FIG. 2, three cases are distinguished in the method according to the invention; the warm-up V1 of the internal combustion engine, the driving mode V2 at the operating temperature of the coolant and the run-on V3.
- the first method step A1 it is checked whether the internal combustion engine 2 has been started. If this is the case, the coolant temperature ⁇ w is compared (output signal S sen from the temperature sensor 11) at the engine outlet with a temperature limit value ⁇ w characterizing the end of the warm-up phase V1 , warm. At a coolant temperature ⁇ w, below this temperature limit, warm-up V1 is detected. If the coolant temperature ⁇ w, the temperature limit ⁇ w, warml has been reached, the coolant circuit is controlled according to the algorithm for driving mode V2 at operating temperature.
- the coolant circuit is controlled using an algorithm for the run-on V3. If the coolant temperature ⁇ w is below the temperature limit ⁇ w, the control stops after the internal combustion engine 2 is restarted.
- the first step is to compare the coolant temperature ⁇ w, at the engine outlet, with a coolant start temperature ⁇ w, start . If the coolant temperature is below the coolant start value ⁇ w, start , the coolant pump 3 starts with a delay of the time period t start in order to keep the heat flow from components of the internal combustion engine 2 into the coolant as low as possible and thus to achieve a faster heating of the components .
- the coolant flow m ⁇ w generated by the coolant pump 3 is continuously increased until, for the first time, the minimum coolant flow m ⁇ w , min for maintaining the differential temperature setpoint ⁇ w, Mot is intended between Motorein- reaches and exits.
- the control signal S pump, min for the coolant pump 3 is calculated in the control unit 5 from the minimum coolant flow m ⁇ w , min .
- the coolant pump 3 is controlled to maintain the differential temperature setpoint ⁇ w, Mot, coolant with a control signal S pump, warml .
- the actual differential temperature ⁇ w, Mot, required for the control results from the heat flow Q ⁇ Mot from the internal combustion engine into the coolant, which in turn is calculated from the current coolant flow m ⁇ w , the current engine load L Mot and the engine speed n.
- the heat flow Q ⁇ Mot is preferably stored as a map in the control unit 5 for the special internal combustion engine 2.
- the reaction of the coolant pump 3 to short-term engine load and speed changes should be prevented. Since, due to the thermal inertia of the internal combustion engine 2, brief changes in the engine load L Mot and the engine speed n play no role for the heat flow Q ⁇ Mot in the coolant, carrying the speed of the coolant pump 3 would represent unnecessary energy consumption.
- the control signal S pump for the coolant pump is therefore assigned a dynamic transmission behavior, the time constant T stg of which is chosen so that the time behavior of the coolant pump roughly corresponds to the behavior of the heat flow Q ⁇ Mot from the internal combustion engine into the coolant. It follows from this that the speed change of the coolant pump 3 follows the change in the heat flow Q Q mot into the coolant.
- the blower 4 is not activated during the warm-up phase V1, ie no airflow m ⁇ l is generated by the cooler module 1.
- the warm-up phase V1 has ended when the current coolant temperature ⁇ w, the temperature limit value den w, warml is reached for the first time.
- the coolant temperature is also controlled as a function of a temperature setpoint ⁇ w, according to the algorithm for driving mode V2 at operating temperature instead.
- the temperature setpoint ⁇ w, set is first calculated. For this purpose, there is a map in the control unit 5 in which the optimum temperature setpoint ⁇ w, for the specified engine temperature with variable engine load L Mot , engine speed n and coolant flow m ⁇ w , is stored.
- the control temperature ⁇ w, therm results for the temperature-dependent valve 6, from which the control signal S therm is determined for the temperature-dependent valve 6.
- the valve 6 regulates the coolant temperature ⁇ w via the coolant flow conditions between the line branch a led via the cooler module 1 and the line branch b.
- the coolant circuit is simultaneously used to cool the engine oil via a cooler 9, the current oil temperature ⁇ oil can be monitored with a sensor (not shown). Exceeds the current oil temperature ⁇ oil has a temperature limit value ⁇ oil, cross so the coolant temperature is gradually ⁇ w, is lowered until the oil temperature ⁇ oil drops below this limit temperature value. The coolant temperature required for the selected engine temperature is then set again.
- the dynamic behavior of the control in the event of brief changes in the engine load L Mot and the engine speed n is different for compliance with the differential temperature setpoint ⁇ w, Mot, setpoint and the temperature setpoint ⁇ w, setpoint.
- the control according to the differential temperature setpoint ⁇ w, Mot, soll corresponds in its dynamics to that of warming up V1.
- the regulation according to the temperature setpoint ⁇ w should be done faster by varying the valve current S term and the speeds of the coolant pump 3 and blower 4.
- a compromise must be found between an energetic optimum and the temperature constancy of the components of the internal combustion engine 2. For energy purposes, it makes sense to allow brief temperature changes in the components, such as those that occur during the overtaking process.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kühlkreislaufes eines Verbrennungskraftmotors, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einer Kühlmittelpumpe zur Einstellung eines Kühlmittelstromes, einem Kühlermodul, in dem ein Wärmeaustausch zwischen einem mittels einem Gebläses einstellbaren Luftstrom und dem Kühlmittel erfolgt, eventuell einem temperaturabhängigen Ventil zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen dem über das Kühlermodul geführten Kühlmittelstrom und einem über einen zweiten Strömungszweig geführten Kühlmittelstrom und einem Steuergerät, das mindestens den von der Kühlmittelpumpe erzeugten Kühlmittelstrom und den von dem Gebläse erzeugten Luftstrom steuert.The invention relates to a method for regulating a cooling circuit Internal combustion engine, in particular for motor vehicles, with at least one Coolant pump for setting a coolant flow, a cooler module in which a Heat exchange between an air flow adjustable by means of a fan and the coolant, possibly a temperature-dependent valve for adjustment a mixing ratio between that passed through the cooler module Coolant flow and a guided over a second flow branch Coolant flow and a control unit that is at least that of the coolant pump generated coolant flow and controls the air flow generated by the fan.
Bekannt ist eine Vorrichtung zur Regelung der Kühlung eines Verbrennungskraftmotors, die eine Kühlmittelpumpe zur Erzeugung der Strömung des Kühlmittels in einem über den Verbrennungskraftmotor und einen Kühler geführten Kühlmittelkreislauf, ein Gebläse zum Erzeugen eines Luftstroms durch den Kühler und eine Steuerungseinrichtung, die in Abhängigkeit eines Temperatursollwertes des Kühlmittels den von dem Gebläse erzeugten Luftstrom steuert, beinhaltet. Die Kühlmittelpumpe wird von einem Organ des Verbrennungskraftmotors angetrieben und damit eine von der Drehzahl des Verbrennungskraftmotors abhängige Kühlmittelströmung erzeugt, die insbesondere in der Warmlaufphase nach dem Start des Verbrennungskraftmotors einen zu hohen Energiebedarf erfordert und die Warmlaufphase des Verbrennungskraftmotors unnötig verlängert.A device for controlling the cooling of a device is known Internal combustion engine that uses a coolant pump to generate the Flow of the coolant in an internal combustion engine and a radiator guided coolant circuit, a fan for generating an air flow through the Cooler and a control device depending on a temperature setpoint of the coolant controls the air flow generated by the fan. The Coolant pump is driven by an organ of the internal combustion engine and thus a function of the speed of the internal combustion engine Coolant flow generated, especially in the warm-up phase after the start of Internal combustion engine requires too much energy and the Warm-up phase of the internal combustion engine unnecessarily extended.
Bei der in der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 10 174 A1 beschriebenen Einrichtung zur Regelung der Kühlmitteltemperatur einer Brennkraftmaschine wird zwar neben den den Luftstrom durch den Kühler erzeugenden Gebläse auch die von einem Elektromotor angetriebene Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit eines Temperatursollwertes gesteuert, der Temperatursollwert wird jedoch in Abhängigkeit der Motorlast und der Motordrehzahl vorgegeben, so daß auch hier die Warmlaufphase durch die betriebspunktabhängige Regelung der Kühlmittelpumpe und des Gebläses unnötig verlängert wird. In the case of the one described in German laid-open specification DE 38 10 174 A1 Device for controlling the coolant temperature of an internal combustion engine is indeed in addition to the blowers that generate the air flow through the cooler, also those from one Electric motor driven coolant pump depending on a temperature setpoint controlled, but the temperature setpoint is dependent on the engine load and Engine speed specified so that the warm-up phase through the Operating point-dependent control of the coolant pump and fan is unnecessary is extended.
Aus der WO-A-84 00578 ist ein Regelungsverfahren nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird in der Warmlaufphase nur die
Kühlmittelpumpe betrieben, wobei die Drehzahl der Kühlmittelpumpe derart geregelt wird,
daß die Temperaturdifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangstemperatur des
Motors unter einem bestimmten Grenzwert liegt. Hat die Temperatur am Ausgang des
Motors einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird die Temperaturdifferenz zwischen
der Temperatur am Eingang und Ausgang des Motors in Bezug auf den zuvor genannten
Grenzwert und zudem die Temperatur am Ausgang des Motors in Bezug auf einen
bestimmten Temperaturgrenzwert geregelt, indem die Drehzahl der Kühlmittelpumpe und
gegebenenfalls zusätzlich die Drehzahl des Gebläses entsprechend eingestellt wird. Zur
Ermittlung der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur am Eingang und der
Temperatur am Ausgang des Motors werden zwei separate Temperatursensoren
verwendet, wodurch jedoch der schaltungstechnische Aufwand relativ hoch ist und im
Betrieb kontinuierlich zwei separate Temperaturmessungen durchgeführt und
ausgewertet werden müssen.WO-A-84 00578 describes a control method according to the preamble of
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Kühlkreislaufes für einen Verbrennungskraftmotor zu schaffen, bei dem mit möglichst einfachen Mitteln die Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe und des den Luftstrom durch das Kühlermodul erzeugenden Gebläses gering gehalten und die Warmlaufphase des Verbrennungskraftmotors durch die Erzeugung eines zu hohen Kühlmittelstromes nicht unnötig verlängert wird.The present invention is therefore based on the object of a method for To provide control of a cooling circuit for an internal combustion engine, in which with the simplest possible means, the power consumption of the coolant pump and the Air flow through the cooler module producing blower kept low Warm-up phase of the internal combustion engine by generating too high Coolant flow is not unnecessarily extended.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche definieren vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved by the characterizing part of
Gemäß der Erfindung wird durch Vorgabe eines Temperaturgrenzwertes des Kühlmittels zwischen der Warmlaufphase nach dem Start des Verbrennungskraftmotors und eines Betriebes des Verbrennungskraftmotors mit Betriebstemperatur unterschieden. Unterhalb des Temperaturgrenzwertes wird sowohl der von der Kühlmittelpumpe erzeugte Kühlmittelstrom und der vom Gebläse erzeugte Luftstrom durch das Kühlermodul in Abhängigkeit eines Differenztemperatur-Sollwertes geregelt. Nach Erreichen des Temperaturgrenzwertes erfolgt die Regelung der Kühlmittelpumpe und des Gebläses sowohl in Abhängigkeit des Differenztemperatur-Sollwertes als auch eines Temperatur-Sollwertes des Kühlmittels am Motoraustritt.According to the invention, by specifying a temperature limit of the coolant between the warm-up phase after the start of the internal combustion engine and one Operation of the internal combustion engine with operating temperature differentiated. Below of the temperature limit is both that generated by the coolant pump Coolant flow and the air flow generated by the fan through the cooler module in Regulated depending on a differential temperature setpoint. After reaching the The temperature limit value controls the coolant pump and the blower both as a function of the differential temperature setpoint and a temperature setpoint of the coolant at the engine outlet.
Mit Hilfe der Erfindung wird somit ein schnelles Aufheizen des Verbrennungskraftmotors und eine Verkürzung der Warmlaufphase erreicht, wobei jedoch durch die Einhaltung des Differenztemperatur-Sollwertes zwischen Motoreintritt und Motoraustritt keine Heißpunkte an einzelnen Bauteilen des Verbrennungskraftmotors entstehen können.With the help of the invention thus a rapid heating of the internal combustion engine and a shortening of the warm-up phase achieved, but by adhering to the Differential temperature setpoint between engine inlet and engine outlet no hot spots can arise on individual components of the internal combustion engine.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, unterhalb des Temperaturgrenzwertes nur den von der Kühlmittelpumpe erzeugten Kühlmittelstrom in Abhängigkeit der Differenztemperatur zu regeln, jedoch keinen Luftstrom durch das Kühlermodul zu erzeugen.According to an advantageous development of the invention, it is provided below the Temperature limit only the coolant flow generated by the coolant pump in Regulate dependence of the differential temperature, but no air flow through the Generate cooler module.
Eine weitere Verkürzung der Warmlaufphase wird erreicht, wenn unterhalb einer Kühlmittelanfangstemperatur, die geringer ist als der Temperaturgrenzwert, und einer definierten Zeitdauer nach dem Starten des Verbrennungskraftmotors weder ein Kühlmittelstrom von der Kühlmittelpumpe noch ein Luftstrom vom Gebläse erzeugt wird. Die Zeitdauer, in der weder die Kühlmittelpumpe noch das Gebläse angesteuert werden, wird so festgelegt, daß keine Heißpunkte am Verbrennungskraftmotor entstehen können.A further shortening of the warm-up phase is achieved if below one Initial coolant temperature that is less than the temperature limit and one defined period of time after starting the internal combustion engine neither Coolant flow from the coolant pump still generates an air flow from the blower. The time period in which neither the coolant pump nor the blower are activated, is determined so that no hot spots can occur on the internal combustion engine.
Da aufgrund der thermischen Trägheit des Verbrennungskraftmotors kurzzeitige Änderungen der Motorlast und der Motordrehzahl für den Wärmestrom vom Verbrennungskraftmotor in das Kühlmittel keine Rolle spielen, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Ansteuerung der Kühlmittelpumpe und/oder des den Luftstrom erzeugenden Gebläses in Abhängigkeit des Wärmestroms in das Kühlmittel erfolgt. Das geschieht, indem die vom Steuergerät erzeugten Ansteuersignale mit einer Verzögerung an die Kühlmittelpumpe und/oder das Gebläse weitergeleitet werden. Die Größe der Verzögerung ist jeweils so gewählt, daß das Zeitverhalten der Kühlmittelpumpe und des Gebläses dem dynamischen Verhalten des Wärmestroms des Kühlmittels entspricht.Because of the thermal inertia of the internal combustion engine for a short time Changes in engine load and engine speed for heat flow from Internal combustion engine in the coolant does not matter, according to another Formation of the invention provided that the control of the coolant pump and / or the fan generating the air flow as a function of the heat flow in the coolant occurs. This is done by creating those from the control unit Control signals with a delay to the coolant pump and / or the fan to get redirected. The size of the delay is chosen so that the Time behavior of the coolant pump and the blower the dynamic behavior of the Heat flow of the coolant corresponds.
Nach dem Erreichen des Temperaturgrenzwertes wird für einen minimalen Energieeinsatz nach einer Ausbildung der Erfindung der durch die Kühlmittelpumpe erzeugte Kühlmittelstrom und der durch das Gebläse einstellbare Luftstrom in Abhängigkeit eines zeitlichen Vergleiches der Wirkungsgrade von Kühlmittelpumpe und Gebläse für die Wärmeabfuhr vom Kühlermodul gesteuert.After the temperature limit is reached, a minimum Energy use after an embodiment of the invention by the coolant pump generated coolant flow and the air flow adjustable by the fan in Dependence of a time comparison of the efficiency of the coolant pump and Fan for heat dissipation controlled by the cooler module.
Der Temperatur-Sollwertes des Kühlmittels für die Regelung mindestens der Kühlmittelpumpe und des Gebläses wird bevorzugt in Abhängigkeit einer für jeden Betriebspunkt des Verbrennungskraftmotors optimalen Motortemperatur ermittelt.The temperature setpoint of the coolant for the control at least the Coolant pump and blower is preferred depending on one for each Operating point of the internal combustion engine optimal engine temperature determined.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den für die Regelung in Abhängigkeit des Differenztemperatur-Sollwertes notwendigen Differenztemperatur-Istwert aus dem Wärmestrom vom Verbrennungskraftmotor in das Kühlmittel und dem Kühlmittelstrom zu ermitteln. Der mindestens vom Betriebspunkt des Verbrennungskraftmotors und vom Kühlmittelstrom vorbestimmte Wärmestrom ist dafür als Kennfeld im Steuergerät abgelegt.According to the invention it is provided for the regulation depending on the Differential temperature setpoint necessary differential temperature actual value from the Heat flow from the internal combustion engine into the coolant and the coolant flow determine. The at least from the operating point of the internal combustion engine and from The coolant flow predetermined heat flow is stored as a map in the control unit.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Figur 1- eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreislaufes,
Figur 2- ein Ablaufdiagramm für das gesamte Regelverfahren,
Figur 3- ein Ablaufdiagramm für die Regelung in der Warmlaufphase des Verbrennungskraftmotors und
- Figur 4
- ein Ablaufdiagramm für die Regelung der Betriebstemperatur.
- Figure 1
- 1 shows a schematic illustration of a coolant circuit,
- Figure 2
- a flow diagram for the entire control process,
- Figure 3
- a flowchart for the control in the warm-up phase of the internal combustion engine and
- Figure 4
- a flow chart for the regulation of the operating temperature.
Der in Figur 1 gezeigte Kühlmittelkreislauf für einen Verbrennungskraftmotor 2 eines Kraftfahrzeuges
besteht aus mehreren Leitungszweigen a bis f, deren Öffnungsquerschnitte über
ein temperaturabhängiges Ventil 6 (Thermostat) gesteuert werden. Die Umlaufrichtung des
Kühlmittelstromes, der über die Kühlmittelpumpe 3 angetrieben wird, ist mit Hilfe von Pfeilen
gekennzeichnet. Der Leitungszweig a ist zur Kühlung des aus dem Verbrennungskraftmotors
2 austretenden Kühlmittels über ein Kühlermodul 1 geführt. Durch das hinter dem Kühlermodul
1 angeordnete Gebläse 4 wird von außerhalb des Kraftfahrzeugs Luft angezogen. Beim
Durchströmen des Kühlermoduls 1 findet ein Wärmeaustausch zwischen dem durch das
Gebläse 4 einstellbaren Luftstrom m ˙l und dem Kühlmittelstrom m ˙w statt. Weiterhin ist ein
Leitungszweig b vorgesehen, dessen Querschnitt zur Beeinflussung der Kühlmitteltemperatur
vom temperaturabhängigen Ventil 6 steuerbar ist. Der Leitungszweig c weist einen Ausgleichsbehälter
7 auf und dient zur Druckregulierung im gesamten Kühlmittelkreislauf. In den
zusätzlichen Leitungszweigen d bis f sind ein Wärmetauscher 8 für die Innenraumheizung
des Kraftfahrzeuges und jeweils ein Kühler 9 und 10 zur Kühlung des Motoröls und des
Getriebeöls angeordnet. Diese Leitungszweige d bis f sind fakultativ vorgesehen. Die entsprechenden
Kühl- bzw. Heizfunktionen können auch auf anderem Wege gelöst werden.
Weiterhin beinhaltet der Kühlmittelkreislauf ein Steuergerät 5, beispielsweise das Steuergerät
des Verbrennungskraftmotors, das als Eingangssignal das Ausgangssignal Ssen eines
die Kühlmitteltemperatur ϑw,ist am Motoraustritt erfassenden Temperatursensors 11 erhält
und über die Ausgangssignale Spump, Sluft und Stherm sowohl die Drehzahl der Kühlmittelpumpe
3 und des Gebläses 4 als auch das temperaturabhängige Ventil 6 steuert.The coolant circuit shown in FIG. 1 for an
Im Weiteren sollen das vom Steuergerät 5 durchzuführende Regelverfahren des Kühlmittelkreislaufes
näher beschrieben werden. Die Figuren 2 bis 4 zeigen zur Erläuterung Ablaufdiagramme
dieses Regelverfahrens.Furthermore, the control method of the coolant circuit to be carried out by the
Wie in Figur 2 verdeutlicht, werden im erfindungsgemäßen Verfahren drei Fälle unterschieden;
der Warmlauf V1 des Verbrennungskraftmotors, der Fahrbetrieb V2 bei Betriebstemperatur
des Kühlmittels und der Nachlauf V3. Im ersten Verfahrensschritt A1 wird überprüft, ob
der Verbrennungskraftmotor 2 gestartet wurde., ist dies der Fall, erfolgt ein Vergleich der
Kühlmitteltemperatur ϑw,ist (Ausgangssignal Ssen des Temperatursensors 11) am Motoraustritt
mit einem die Beendigung der Warmlaufphase V1 kennzeichnenden Temperaturgrenzwert
ϑw,warml. Bei einer Kühlmitteltemperatur ϑw,ist unterhalb dieses Temperaturgrenzwertes
wird auf Warmlauf V1 erkannt. Hat die Kühlmitteltemperatur ϑw,ist den Temperaturgrenzwert
ϑw,warml erreicht, wird der Kühlmittelkreislauf nach dem Algorithmus für den
Fahrbetrieb V2 bei Betriebstemperatur gesteuert. As illustrated in FIG. 2, three cases are distinguished in the method according to the invention; the warm-up V1 of the internal combustion engine, the driving mode V2 at the operating temperature of the coolant and the run-on V3. In the first method step A1, it is checked whether the
Ist der Verbrennungskraftmotor 2 nicht gestartet, wird überprüft, ob die Kühlmitteltemperatur
ϑw,ist einen Temperaturgrenzwert ϑw,nach überschreitet, d. h. der Verbrennungskraftmotor
2 muß weiter gekühlt werden. In diesem Fall erfolgt die Regelung des Kühlmittelkreislaufs
mit einem Algorithmus für den Nachlauf V3. Liegt die Kühlmitteltemperatur ϑw,ist unterhalb
des Temperaturgrenzwertes ϑw,nach stoppt die Regelung bis zum erneuten Starten des
Verbrennungskraftmotors 2.If the
In der Warmlaufphase V1, deren Ablauf in Figur 3 dargestellt ist, erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt
der Vergleich der Kühlmitteltemperatur ϑw,ist am Motoraustritt mit einer
Kühlmittelanfangstemperatur ϑw,start. Wenn die Kühlmitteltemperatur unterhalb des Kühlmittelanfangswertes
ϑw,start liegt, startet die Kühlmittelpumpe 3 mit einer Verzögerung der
Zeitdauer tstart, um den Wärmestrom von Bauteilen des Verbrennungskraftmotors 2 in das
Kühlmittel so gering wie möglich zu halten und damit ein schnelleres Aufheizen der Bauteile
zu erreichen. Nach Ablauf der Zeitdauer tstart oder dem Erreichen des Temperaturanfangswertes
ϑw,start wird der durch die Kühlmittelpumpe 3 erzeugte Kühlmittelstrom m ˙w kontinuierlich
vergrößert, bis erstmalig der minimale Kühlmittelstrom m ˙w ,min für die Einhaltung des
Differenztemperatur-Sollwertes Δϑw,Mot,soll zwischen Motorein- und austritt erreicht ist. Aus
dem minimalen Kühlmittelstrom m ˙w ,min wird im Steuergerät 5 das Ansteuersignal
Spump,min für die Kühlmittelpumpe 3 berechnet. Ab dem erstmaligen Erreichen des minimalen
Kühlmittelstroms m ˙w ,min wird die Kühlmittelpumpe 3 auf die Einhaltung des Differenztemperatur-Sollwertes
Δϑw,Mot,soll des Kühlmittels mit einem Ansteuersignal
Spump,warml geregelt. Der für die Regelung notwendige Differenztemperatur-Istwert
Δϑw,Mot,ist ergibt sich aus dem Wärmestrom Q ˙Mot vom Verbrennungskraftmotor in das
Kühlmittel, der sich wiederum aus dem momentanen Kühlmittelstrom m ˙w , der momentanen
Motorlast LMot und der Motordrehzahl n errechnet. Vorzugsweise ist der Wärmestrom
Q ˙Mot als Kennfeld im Steuergerät 5 für den speziellen Verbrennungskraftmotor 2 abgelegt.In the warm-up phase V1, the sequence of which is shown in FIG. 3, the first step is to compare the coolant temperature ϑ w, at the engine outlet, with a coolant start temperature ϑ w, start . If the coolant temperature is below the coolant start value ϑ w, start , the
Nach dem Erreichen des minimalen Kühlmittelstroms m ˙w ,min sollte das Reagieren der
Kühlmittelpumpe 3 auf kurzfristige Motorlast- und Drehzahländerungen verhindert werden.
Da aufgrund der thermischen Trägheit des Verbrennungskraftmotors 2 kurzzeitige Änderungen
der Motorlast LMot und der Motordrehzahl n für den Wärmestrom Q ˙Mot in das Kühlmittel
keine Rolle spielen, würde das Mitführen der Drehzahl der Kühlmittelpumpe 3 einen
unnötigen Energieverbrauch darstellen. Das Ansteuersignal Spump für die Kühlmittelpumpe
wird daher mit einem dynamischen Übertragungsverhalten belegt, dessen Zeitkonstanten
Tstg so gewählt ist, daß das Zeitverhalten der Kühlmittelpumpe etwa dem Verhalten des
Wärmestroms Q ˙Mot vom Verbrennungskraftmotor in das Kühlmittel. Hieraus ergibt sich,
daß die Drehzahländerung der Kühlmittelpumpe 3 der Änderung des Wärmestroms Q ˙mot in
das Kühlmittel folgt. After reaching the minimum coolant flow m ˙ w , min , the reaction of the
Während der Warmlaufphase V1 wird das Gebläse 4 nicht angesteuert, d. h. es wird kein
Luftstrom m ˙l durch das Kühlermodul 1 erzeugt. Die Warmlaufphase V1 ist beendet, wenn
erstmalig die momentane Kühlmitteltemperatur ϑw,ist den Temperaturgrenzwert ϑw,warml
erreicht.The blower 4 is not activated during the warm-up phase V1, ie no airflow m ˙ l is generated by the
Beim Erreichen des Temperaturgrenzwertes ϑw,warml (Figur 4) findet neben der Regelung
in Abhängigkeit des Differenztemperatur-Sollwertes Δϑw,Mot,soll auch eine Regelung der
Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit eines Temperatur-Sollwertes ϑw,soll nach dem Algorithmus
für den Fahrbetrieb V2 bei Betriebstemperatur statt. Hierfür wird zunächst der Temperatur-Sollwert
ϑw,soll errechnet. Dazu liegt im Steuergerät 5 ein Kennfeld vor, in dem der
optimale Temperatur-Sollwert ϑw,soll für die vorgegebene Motortemperatur bei variabler
Motorlast LMot, Motordrehzahl n und Kühlmittelstrom m ˙w abgelegt ist. Aus diesem variablen
Temperatur-Sollwert ϑw,soll am Motoraustritt, dem Kühlmittelstrom m ˙w und dem Wärmestrom
Q ˙Mot vom Verbrennungskraftmotor 2 in das Kühlmittel ergibt sich die Regeltemperatur
ϑw,therm für das temperaturabhängige Ventil 6, aus der das Ansteuersignal Stherm für
das temperaturabhängige Ventil 6 ermittelt wird. Wie auch in einem herkömmlichen Kühlkreislauf
regelt das Ventil 6 über die Kühlmittelströmungsverhältnisse zwischen dem über
das Kühlermodul 1 geführten Leitungszweig a und dem Leitungszweig b die Kühlmitteltemperatur
ϑw,ist.When the temperature limit value ϑ w, warml (FIG. 4) is reached, in addition to the control as a function of the differential temperature setpoint Δϑ w, Mot, the coolant temperature is also controlled as a function of a temperature setpoint ϑ w, according to the algorithm for driving mode V2 at operating temperature instead. To do this, the temperature setpoint ϑ w, set is first calculated. For this purpose, there is a map in the
Aus der Berechnung des minimalen Kühlmittelstromes m ˙w ,min ergibt sich die erforderliche
Mindestdrehzahl der Kühlmittelpumpe 3 und damit das optimale Ansteuersignal Spump, min.
Überschreitet die momentane Kühlmitteltemperatur ϑw,ist den Temperatursollwert ϑw,soll
am Motoraustritt um einen Differenzwert Δϑw,heiß, so wird entweder die Drehzahl der
Kühlmittelpumpe 3 und damit der Kühlmittelstrom m ˙w oder die Drehzahl des Gebläses 4 und
damit der Luftstrom m ˙l gesteigert. Ob es energetisch sinnvoller ist, Drehzahl der Kühlmittelpumpe
3 oder des Gebläses 4 zu verändern, wird einem zeitlichen Vergleich ihrer Wirkungsgrade
für die Wärmeabfuhr am Kühlermodul 1 entnommen. Die Wärmeabfuhr bzw. der
Wärmestrom Q ˙w , k am Kühlermodul 1 hängt vom Wärmedurchgangskoeffizienten k ab, der
sich aus den Wärmeübergangskoeffizienten Kühlmittel-Kühlermodul und Kühlermodul-Luft
ergibt und nach der Formel:
Um die Effektivität der Veränderung des Luftstroms m ˙l und des Kühlmittelstroms m ˙w zu beurteilen werden die partiellen Ableitungen gebildet: In order to assess the effectiveness of the change in the air flow m ˙ l and the coolant flow m ˙ w , the partial derivatives are formed:
Für jeden Betriebspunkt des Kühlermoduls ergibt sich damit die Größe der Wärmeabfuhrsteigerung
pro Masseneinheit der beteiligten Stoffe. Setzt man diese Werte jetzt im Bezug
zum Energieeinsatz PL, Pwapu, den man für die Bereitstellung des Kühlmittelstroms bzw.
Luftstroms benötigt, erhält man einen Vergleichswert Kη zur Beurteilung der günstigsten
Betriebspunktänderung.
Ist der Kennwert Kη > 1 ist es Wirkungsgrad günstiger den Luftstrom m ˙l zu steigern. Für Kη < 1 sollte der Kühlmittelstrom m ˙w erhöht werden.If the characteristic value K η > 1, it is more efficient to increase the air flow m ˙ l . For K η <1, the coolant flow m ˙ w should be increased.
Wenn der Kühlmittelkreislauf, wie in Figur 1 gezeigt, über einen Kühler 9 gleichzeitig zur
Kühlung des Motoröls verwendet wird, kann mit einem nicht dargestellten Sensor die
momentane Öltemperatur ϑÖl überwacht werden. Überschreitet die momentane Öltemperatur
ϑÖl einen Grenztemperaturwert ϑÖl,grenz so wird schrittweise die Kühlmitteltemperatur
ϑw,ist gesenkt, bis die Öltemperatur ϑÖl wieder unter diesen Grenztemperaturwert sinkt.
Danach wird wieder die für die gewählte Motortemperatur benötigte Kühlmitteltemperatur
eingestellt.If, as shown in FIG. 1, the coolant circuit is simultaneously used to cool the engine oil via a
Das dynamische Verhalten der Regelung bei kurzzeitigen Veränderungen der Motorlast
LMot und der Motordrehzahl n ist für die Einhaltung des Differenztemperatur-Sollwertes
Δϑw,Mot,soll und des Temperatur-Sollwertes ϑw,soll unterschiedlich. Die Regelung nach
dem Differenztemperatur-Sollwert Δϑw,Mot,soll entspricht in ihrer Dynamik der des Warmlaufs
V1. Die Regelung nach dem Temperatur-Sollwert ϑw,soll mittels Variation des Ventilstroms
Sterm sowie der Drehzahlen von Kühlmittelpumpe 3 und Gebläse 4 muß schneller
erfolgen. Bei der Auslegung muß ein Kompromiß gefunden werden zwischen einem energetischen
Optimum und der Temperaturkonstanz der Bauteile des Verbrennungskraftmotors 2.
Für die Energiebetrachtung ist es sinnvoll, kurzzeitige Temperaturänderungen der Bauteile,
wie sie zum Beispiel beim Überholvorgang entstehen, zuzulassen. Optimiert man in Richtung
Temperaturkonstanz der Bauteile des Verbrennungskraftmotors, so kann man durch
die Reaktion auf Veränderungen der Motorlast eine Vorsteuerung gegenüber der Veränderung
der Kühlmitteltemperatur ϑw,ist bzw. des Wärmestroms Q ˙mot in das Kühlmittel
erreichten. Wird ein Motorbetriebspunkt eingestellt, der einen erhöhten Wärmestrom Q ˙Mot
in das Kühlmittel zur Folge hätte, so kann man durch Steuerung des temperaturabhängigen
Ventils 6 kälteres Kühlmittel in den Verbrennungskraftmotor pumpen, was einen höheren
Wärmestrom Q ˙Mot in das Kühlmittel und damit geringere Bauteiltemperaturschwankungen
zur Folge hätte. Weiterhin kann im Vorgriff der Kühlmittelstrom m ˙w oder der Luftstrom m ˙l
erhöht werden. Dies empfiehlt sich insbesondere, wenn das Ventil 6 aufgrund seiner Bauart
nicht in der Lage ist, schnellen Änderungen zu folgen. The dynamic behavior of the control in the event of brief changes in the engine load L Mot and the engine speed n is different for compliance with the differential temperature setpoint Δϑ w, Mot, setpoint and the temperature setpoint ϑ w, setpoint. The control according to the differential temperature setpoint Δϑ w, Mot, soll corresponds in its dynamics to that of warming up V1. The regulation according to the temperature setpoint ϑ w, should be done faster by varying the valve current S term and the speeds of the
- 11
- KühlermodulCooler module
- 22nd
- VerbrennungskraftmotorInternal combustion engine
- 33rd
- KühlmittelpumpeCoolant pump
- 44th
- Gebläsefan
- 55
- SteuergerätControl unit
- 66
- temperaturabhängiges Ventiltemperature dependent valve
- 77
- Ausgleichsbehältersurge tank
- 88th
- WärmetauscherHeat exchanger
- 99
- Kühlercooler
- 1010th
- Kühlercooler
- 1111
- TemperatursensorTemperature sensor
- a - fa - f
- LeitungszweigeLine branches
- m ˙w , min m ˙ w , min
- minimaler Kühlmittelstromminimal coolant flow
- m ˙w m ˙ w
- KühlmittelstromCoolant flow
- m ˙l m ˙ l
- LuftstromAirflow
- ϑw,warml ϑ w, warm
- Temperaturgrenzwert für den WarmlaufTemperature limit for warm-up
- Δϑw,Mot,ist Δϑ w, Mot, is
- Differenztemperatur-IstwertDifferential temperature actual value
- Δϑw,Mot,soll Δϑ w, Mot, should
- Differenztemperatur-SollwertDifferential temperature setpoint
- ϑw,soll ϑ w, should
- TemperatursollwertTemperature setpoint
- ϑw,nach ϑ w, after
- Temperaturgrenzwert für den NachlaufTemperature limit for the wake
- tstart t start
- Zeitdauer der VerzögerungDuration of the delay
- ϑw,start ϑ w, start
- TemperaturanfangswertInitial temperature value
- ϑw,therm ϑ w, therm
- Regeltemperatur des temperaturabhängigen VentilsControl temperature of the temperature-dependent valve
- Δϑw,heiß Δϑ w, hot
- DifferenzwertDifference value
- ϑw,ist ϑ w, is
- momentane Temperatur des Kühlmittels am MotoraustrittCurrent temperature of the coolant at the engine outlet
- LMot L Mot
- MotorlastEngine load
- nn
- MotordrehzahlEngine speed
- Q ˙w,k Q ˙ w, k
- Wärmestrom am KühlermodulHeat flow at the cooler module
- Q ˙Mot Q ˙ Mot
- WärmestromHeat flow
- V1V1
- WarmlaufWarm up
- V2V2
- Fahrbetrieb bei BetriebstemperaturDriving operation at operating temperature
- V3V3
- Nachlauftrailing
- Ssen S sen
- Ausgangssignal des TemperatursensorsOutput signal of the temperature sensor
- Spump S pump
- Ansteuersignal für die KühlmittelpumpeControl signal for the coolant pump
- Spump,min S pump, min
- Ansteuersignal für den minimalen KühlmittelstromControl signal for the minimum coolant flow
- Spump,warml S pump, warm
- Ansteuersignal für die Kühlmittelpumpe in der WarmlaufphaseControl signal for the coolant pump in the warm-up phase
- Stherm S therm
- Ansteuersignal für das VentilControl signal for the valve
- Sluft S air
- Ansteuersignal für das GebläseControl signal for the fan
- Tstg T stg
- ZeitkonstanteTime constant
- ϑÖl ϑ oil
- ÖltemperaturOil temperature
- ϑÖl,Grenz ϑ oil, limit
- GrenztemperaturwertLimit temperature value
- kk
- WärmedurchgangskoeffizientHeat transfer coefficient
- Ak A k
- Fläche am KühlermodulSurface on the cooler module
- ak, bk, ck a k, b k, c k
- KonstantenConstants
- PL P L
- Energieeinsatz für das GebläseEnergy use for the blower
- Pwapu P wapu
- Energieeinsatz für die KühlmittelpumpeUse of energy for the coolant pump
- Kη K η
- VergleichswertComparative value
- ηk,wapu η k, wapu
- Wirkungsgrad der KühlmittelpumpeEfficiency of the coolant pump
- ηk,l η k, l
- Wirkungsgrad des GebläsesFan efficiency
Claims (10)
- Method for controlling a cooling circuit of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle,having at least one cooling medium pump (3) for controlling a cooling medium flow,having a cooler module (1) in which a heat exchange takes place between an air flow, which can be adjusted by means of a fan (4), and the cooling medium, andhaving a control device (5), which controls at least the cooling medium flow produced by the cooling medium pump (3) and the air flow produced by the fan (4),
characterised in that
a differential temperature actual value (Δϑw, Mot,ist) required for the control in dependence upon the differential temperature set value (Δϑw,Mot,soll) is determined from the heat flow (Q ˙Mot ) from the internal combustion engine (2) into the cooling medium and from the cooling medium flow (m ˙w ). - Method according to claim 1, characterised in that the differential temperature set value (Δϑw,Mot, soll) and/or the temperature set value (ϑw,soll) are dependent upon the operating point (LMot, n) of the internal combustion engine (2).
- Method according to claim 1 or 2, characterised in that the temperature limit value (ϑw,warml) characterises the end of the warm-up phase (V1) of the internal combustion engine (2).
- Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that below the temperature limit value (ϑw,warml) only the cooling medium flow (m ˙w ) produced by the cooling medium pump (3) is controlled in dependence upon the differential temperature (Δϑw,Mot, soll), but no air flow (m ˙l ) is produced by the fan (4).
- Method according to one of claims 1 to 4, characterised in that after starting the internal combustion engine (2) below a cooling medium initial temperature (ϑw,start), which is lower than the temperature limit value (ϑw,warml), and during a predetermined period of time (tstart) no cooling medium flow (m ˙w ) is produced by the cooling medium pump (3) nor is an air flow (m ˙l ) produced by the fan (4).
- Method according to claim 5, characterised in that the length of the predeterminable period of time (tstart) is defined in dependence upon the operating points which have occurred since starting the internal combustion engine.
- Method according to one of claims 1 to 6, characterised in that the cooling medium pump (3) and/or the fan (4) is actuated with a delay, of which the time constants (Tstg,wapu; Tstg,l) are selected in such a way that the behaviour of the cooling medium pump (3) and/or of the fan (4) with respect to time corresponds to the behaviour of the heat flow (Q ˙Mot) from the internal combustion engine (2) Lin the cooling agent at high engine speeds (n).
- Method according to one of claims 1 to 7, characterised in that after reaching the temperature limit value (ϑw,warml) and the cooling medium flow (m ˙w ) produced by the cooling medium pump (3) and the air flow (m ˙l ) which can be adjusted by the fan (4) are controlled in dependence upon a comparison, with respect to time, of the operating efficiency (ηk,wapu;k,l) of the cooling medium pump and fan for the dissipation of heat at the cooler module (1).
- Method according to one of claims 1 to 8, characterised in that the temperature set value (ϑw,soll) is determined in dependence upon an engine temperature which is optimal for each operating point (Lmot,n) of the internal combustion engine (2).
- Method according to one of claims 1 to 9, characterised in that the heat flow (Q ˙Mot ) from the internal combustion engine (2) into the cooling medium is stored in the control device (5) in dependence upon the operating point (Lmot,n) of the internal combustion engine (2) and upon the cooling medium flow (m ˙w ).
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