Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Drehzahlsteuerung oder -regelung
eines Kühlerlüftermotors für einen Wärmetauscher eines
Kraftfahrzeugmotors. Im Folgenden wird die in der Fachsprache übliche
Bezeichnung "Steuergerät" benutzt, auch wenn das Gerät sowohl Steuer- als
auch Regelfunktionen ausführt.
Bekannte Geräte steuern oder regeln die Kühlwassertemperatur eines
Verbrennungsmotors, indem eine Solldrehzahl für den Kühlerlüftermotor
ermittelt wird. Als Eingangsgrößen dienen die Kühlwassertemperatur, die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Umgebungstemperatur sowie der Druck
im Kältekreislauf der Klimaanlage. Anhand dieser Parameter wird die
Drehzahl des Kühlerlüftermotors bedarfsgerecht geregelt bzw. gesteuert. Für
die Solldrehzahl wird einerseits ein möglichst geringer Wert angestrebt, da
hohe Lüfterdrehzahlen einen hohen Stromverbrauch und
Geräuschemissionen zur Folge haben, andererseits muss die Lüfterdrehzahl
so hoch gewählt werden, dass keine Motorüberhitzung und kein zu hoher
Druck im Kältekreislauf entsteht.
In der DE 199 51 362 A1 wird ein Verfahren zur Regelung der
Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor
beschrieben. Dort wird vorgeschlagen, bei längeren Bergabfahrten oder im
Schiebebetrieb die Solltemperatur des Kühlwassers auf einen Minimalwert
abzusenken. Dieser Vorgang wird durch ein Ventil im Kühlkreislauf
gesteuert. Eine Lüftersteuerung oder -regelung ist dabei jedoch nicht
vorgesehen.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Steuergerät für einen
Kühlerlüftermotor anzugeben, das eine verbesserte Anpassung an
unterschiedliche Betriebszustände ermöglicht.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Steuergerät der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es zum Festlegen eines
Sollwerts für die Lüfterdrehzahl in Abhängigkeit von der Motorlast
ausgebildet ist.
Anders als bei bekannten Steuergeräten wird auch der Parameter "Motorlast"
als Kriterium für die Bestimmung der Lüfterdrehzahl benutzt. Der Begriff
"Motorlast" bezeichnet in diesem Zusammenhang das von dem Motor
abgegebene Drehmoment, das im Fahrbetrieb starken Schwankungen
unterliegt. Da das erfindungsgemäße Steuergerät die aktuelle Motorlast
berücksichtigt, kann die Lüfterdrehzahl schneller an den jeweiligen
Betriebszustand angepasst werden.
Besondere Vorteile lassen sich mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät
erzielen, das zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl während einer Schubphase
des Fahrzeugs und zum Reduzieren nach dem Ende der Schubphase
ausgebildet ist. In diesem Betriebszustand verbraucht der Motor wegen der
Schubabschaltung keinen Kraftstoff. Der für den Antrieb des Lüfters
benötigte Strom wird durch einen mit dem Motor mechanisch gekoppelten
Generator erzeugt. Während der Schubabschaltphase kommt es nicht zu
einem Mehrverbrauch von Kraftstoff, da die überschüssige kinetische
Energie des Fahrzeugs zur Stromerzeugung verwendet wird. Daher ist es
vorteilhaft, den Generator während der Schubphase voll auszulasten und die
erzeugte elektrische Energie zu speichern. Da die Kapazität der
Fahrzeugbatterie begrenzt ist und eine Vergrößerung aus Kostengründen
ausscheidet, kann das Steuergerät die Lüfterdrehzahl während der
Schubphase erhöhen, so dass die als "Kältespeicher" dienende
Kühlflüssigkeit abgekühlt wird.
Eine Energieeinsparung lässt sich erzielen, wenn die Lüfterdrehzahl durch
das erfindungsgemäße Steuergerät nach der Schubphase auf einen
kleineren Wert als vorher reduziert wird. Die Drehzahlverringerung führt zu
einem entsprechend geringeren Bedarf an elektrischer Energie, was
letztendlich in einem verringerten Kraftstoffverbrauch resultiert.
Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, kann vorgesehen sei, dass das
erfindungsgemäße Steuergerät ein Mittel zum Erfassen des
Auslastungsgrads des Generators aufweist. Dadurch wird geprüft, ob der
Generator bereits mit maximaler Belastung läuft oder ob der
Auslastungsgrad kleiner als ein Grenzwert ist, so dass die Lüfterdrehzahl
weiter erhöht werden kann. Auf diese Weise kann eine Überhitzung des
Generators und eine zu starke Entladung der Fahrzeugbatterie vermieden
werden.
Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Mittel zum Erfassen
des Auslastungsgrads zum Auswerten des Signals der Klemme DF (Dynamo
Feld) des Generators oder zur Durchführung einer Spannungsmessung
ausgebildet ist. Die Signalauswertung der Klemme DF weist den Vorteil auf,
dass die vorhandene Verkabelung benutzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsalternative der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass das Steuergerät zum Reduzieren der Lüfterdrehzahl während der
Beschleunigungsphase des Fahrzeugs und zum Erhöhen nach dem Ende
der Beschleunigungsphase ausgebildet ist. Dabei ist es von Vorteil, dass
dem Kraftfahrzeugmotor zum Beschleunigen praktisch das gesamte
Antriebsmoment zur Verfügung steht. Demgegenüber wird bei bekannten
Lösungen ein Teil des Antriebsmoments zum Antrieb des Generators
verbraucht, das dann nicht mehr für den Vortrieb zur Verfügung steht. Dieser
Effekt macht sich besonders während der Beschleunigungsphasen störend
bemerkbar, in denen der Kraftfahrzeugmotor träge wirkt.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen
Steuergerät.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Steuerung oder
Regelung der Drehzahl eines Kühlerlüftermotors für einen Wärmetauscher
eines Kraftfahrzeugmotors. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der
Drehzahlsollwert des Lüfters in Abhängigkeit von der Motorlast des
Fahrzeugmotors gewählt wird.
Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass die Lüfterdrehzahl während einer Schubphase des Fahrzeugs erhöht
und nach dem Ende der Schubphase wieder reduziert wird. Dadurch kann
die Kühlerflüssigkeit im voraus abgekühlt werden, ohne dass es zu einem
Mehrverbrauch an Kraftstoff kommt. Die Kühlerflüssigkeit wird auf ein
niedrigeres Temperaturniveau gebracht und dient dabei als Energiespeicher
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen
sein, dass für die Lüfterdrehzahl nach der Schubphase ein kleinerer Wert als
vor der Schubphase gewählt wird. Bei einer geringeren Lüfterdrehzahl ist die
benötigte elektrische Leistung geringer, was zu einem geringeren
Antriebsbedarf des Generators und in der Folge zu Kraftstoffeinsparungen
führt.
Um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten und eine Überlastung des
Kühlerlüftermotors zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass vor dem
Erhöhen der Lüfterdrehzahl der Auslastungsgrad des Generators geprüft
wird. Die Lüfterdrehzahl wird zweckmäßig nur dann erhöht, wenn der
Auslastungsgrad kleiner als sein Grenzwert ist.
Gemäß einer zweiten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Lüfterdrehzahl während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs
reduziert und nach dem Ende der Beschleunigungsphase wieder erhöht wird.
Dadurch wird die dem Kühlerlüftermotor zugeführte Energie an die aktuelle
Motorlast des Kraftfahrzeugmotors angepasst. Wenn für den Vortrieb des
Fahrzeugs das maximale Antriebsmoment erforderlich ist, wird die
Solldrehzahl des Lüfters für einen kurzen Zeitraum reduziert oder
gegebenenfalls auf Null gesetzt, so dass der Stromverbrauch gegen Null
geht. Nach dem Ende der relativ kurzen Beschleunigungsphase kann die
Lüfterdrehzahl wieder auf den Normalwert erhöht werden. Das
erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass es die
Motorkühlung nicht beeinträchtigt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im
folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel und den Figuren. Die Figuren
sind schematische Zeichnungen und zeigen:
- Fig. 1
- ein Blockschaltbild des Steuergeräts und der daran
angeschlossenen Bauteile;
- Fig. 2a
- den zeitlichen Verlauf der Drehzahl während einer
Fahrzeugschubphase; und
- Fig. 2b
- den zeitlichen Verlauf der Drehzahl während einer
Beschleunigungsphase.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild mit einem Steuergerät 1, das
mit einem Lüfter 2 verbunden ist, um den Lüfter 2 ein- und auszuschalten
und dessen Drehzahl zu steuern. Durch den Lüfter 2 wird ein
Wärmetauscher 3 gekühlt, der an einen Kühlkreislauf eines nicht
dargestellten Kraftfahrzeugmotors angeschlossen ist.
Die Stromversorgung des Elektromotors des Lüfters 2 erfolgt durch einen
Generator 4. Das Steuergerät 1 und der Generator 4 sind über eine
elektrische Leitung 5 miteinander verbunden, so dass der Betriebszustand
des Generators 4, insbesondere dessen Auslastungsgrad, von dem
Steuergerät 1 erfasst werden kann. Über die Verbindungsleitung 6 zwischen
dem Lüfter 2 und dem Steuergerät 1 kann die Lüfterdrehzahl erfasst werden.
In Fig. 1 ist jeweils nur eine einzige Verbindungsleitung 5, 6 eingezeichnet,
die Leitung kann jedoch auch mehrere Adern aufweisen, falls weitere Signale
erfasst werden sollen. Neben den Betriebszuständen des Generator und des
Lüfters kann das Steuergerät 1 weitere Fahrzeugparameter wie
Kühlwassertemperatur, Fahrgeschwindigkeit, Umgebungstemperatur und
den Druck im Klima-Kältekreislauf erfassen.
Fig. 2a stellt den zeitlichen Verlauf der Lüfterdrehzahl während einer
Fahrzeugschubphase dar, z. B. während einer Bergabfahrt, also im
Schubbetrieb. In diesem Betriebszustand findet eine Schubabschaltung statt,
so dass der Verbrennungsmotor keinen Kraftstoff verbraucht. Aus diesem
Grund führt der durch den vom Generator 4 erzeugte Strom nicht zu einem
Mehrverbrauch von Kraftstoff. Während der Schubphase wird der Generator
4 daher ganz ausgelastet, indem die Lüfterdrehzahl ω erhöht wird. Der
Lüfter 2 wird von dem Steuergerät 1 über die Verbindungsleitung 6 so
gesteuert, dass die Lüfterdrehzahl ω von der Ausgangsdrehzahl 7 auf die
Schubphasendrehzahl 8 erhöht wird. Das den Wärmetauscher 3
durchströmende Kühlmedium wird durch den Lüfter 2 stärker als vorher
abgekühlt, daher kann während der Schubphase "auf Vorrat" gekühlt
werden. Durch das Steuergerät 1 wird gleichzeitig der Auslastungsgrad des
Generators 4 überwacht. Dazu wird über die Leitung 5 durch das Steuergerät
1 das Signal der Klemme DF (Dynamo Feld) erfasst, um festzustellen, ob der
Generator 4 bereits mit maximaler Leistung läuft oder ob die an den Lüfter 2
abgegebene elektrische Leistung erhöht werden kann. Auf diese Weise wird
eine Überlastung des Generators 4 vermieden.
Nach dem Ende der Schubphase kann die Drehzahl auf eine Enddrehzahl 9
abgesenkt werden, wie in Fig. 2a dargestellt ist. Die Enddrehzahl 9 ist kleiner
als die Ausgangsdrehzahl 7, da die Kühlflüssigkeit während der
vorhergehenden Schubphase auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt
wurde, so dass anschließend eine reduzierte Lüfterdrehzahl ausreicht. Es ist
daher möglich, den Lüfter 2 nach der Schubphase mit einer geringeren
Drehzahl 9 zu betreiben, ohne dass Nachteile für die Motorkühlung
entstehen. Die gewählte niedrigere Drehzahl 9 kann abhängig davon gewählt
werden, wie lange die Schubphase dauerte.
Fig. 2b zeigt den Verlauf der Lüfterdrehzahl während einer
Beschleunigungsphase. Während der Beschleunigungsphase wird die
Solldrehzahl des Lüfters 2 von der Ausgangsdrehzahl 7 auf eine wesentlich
geringere Beschleunigungsdrehzahl 10 reduziert. Während der
Beschleunigung wird das maximale Antriebsmoment des
Kraftfahrzeugmotors benötigt. Es ist daher sinnvoll, Aggregate wie den
Generator 4 nur mit geringer Leistung zu betreiben oder abzuschalten, da
sie einen Teil des von dem Kraftfahrzeugmotor erzeugten Moments
verbrauchen, das dann nicht mehr zum Antrieb des Fahrzeugs zur
Verfügung steht.
Wie in Fig. 2b zu erkennen ist, wird der Lüfter 2 während der
Beschleunigungsphase mit der reduzierten Beschleunigungsdrehzahl 10
betrieben, so dass der Lüfterstrom deutlich reduziert wird und sogar gegen
Null gehen kann. Der Lüfterrotor dreht aufgrund seiner Trägheit mit
verringerter Drehzahl weiter. Da die Beschleunigungsphase typischerweise
nur einige Sekunden andauert, wirkt sich die Reduzierung der Lüfterdrehzahl
nicht nachteilig auf das Kühlsystem aus. Nach dem Ende der
Beschleunigungsphase wird die Lüfterdrehzahl wieder auf die
Ausgangsdrehzahl 7 angehoben.