EP1461517B1 - Method for controlling electrically-operated components of a cooling system, computer programme, controller, cooling system and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, und ein Steuergerät zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle. The invention further relates to a computer program for an internal combustion engine of a motor vehicle, and a control device for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle.
Die
Aus der
Aus der
In einer Pressemitteilung der Robert Bosch GmbH Stuttgart anlässlich der IAA 2001 wurde ein Thermomanagementsystem mit seinen Komponenten vorgestellt. Entsprechend der Pressemitteilung sind die Voraussetzungen für eine situationsgerechte Temperaturregelung elektromotorisch angetriebene, stufenlos regelbare Komponenten: eine Wasserpumpe, Proportional-Regelventile, ein angepasstes Kühlergebläse und eine Kühlerjalousie, die allesamt über eine in einem Motorsteuergerät integrierte Elektronik angesteuert werden. Entkoppelt von der Motordrehzahl regelt dieses System Kühlmitteltemperatur und Volumenstrom besser als thermostat- und riemengetriebene Wasserpumpen es vermögen. Sekundenschnelle Anpassung an thermische Veränderungen auch bei abgeschaltetem Motor und permanente Funktionsübenrvachung vermeiden Probleme wie dauerhaft "unterkühlt" laufende Motoren und unbemerkte Überhitzung bei Spitzenlast. Mit dem Thermomanagement modifizierte Motoren können künftig im Leerlauf oder Teillastbetrieb auf einem erstrebenswert höheren Temperaturniveau gehalten werden. Reduzierte Reibungsverluste, verbesserte Verbrennung und somit verminderte Abgasemissionen, aber auch Verbrauchsreduzierung und Erhöhung des Heizkomforts im Fahrzeuginnenraum sind die Folge. Ein solches Thermomanagementsystem kann mit zusätzlichen Komponenten wie beispielsweise einem elektrischen Zuheizer flexibel erweitert werden. Eine Vernetzung mit elektronisch geregelten Klimaanlagen ist möglich.In a press release of the Robert Bosch GmbH Stuttgart on the occasion of the IAA 2001 a thermal management system with its components was presented. According to the press release, the prerequisites for situation-specific temperature control are electromotive-driven, continuously variable components: a water pump, proportional control valves, an adapted radiator fan and a radiator shutter, all of which are controlled by an electronic unit integrated in an engine control unit. Decoupled from engine speed, this system controls coolant temperature and flow better than thermostatic and belt driven water pumps. Rapid adaptation to thermal changes even when the engine is switched off and permanent monitoring of functions avoid problems such as permanent "undercooled" running engines and unnoticed overheating at peak load. In the future, motors modified with thermal management can be kept at a desirable higher temperature level during idling or part-load operation. Reduced friction losses, improved combustion and thus reduced exhaust emissions, but also fuel consumption and increased heating comfort in the vehicle interior are the result. Such a thermal management system can be flexibly expanded with additional components such as an electric heater. Networking with electronically controlled air conditioning systems is possible.
Die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern.It is the object of the present invention to improve the control of electrically actuated components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle compared to the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmalskombination der unabhängigen Ansprüche. Dadurch ergibt sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems. Durch die erfindungsgemäße Ausrichtung der Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten des Kühlsystems auf den Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs, wird der Gesamtenergiebedarf des Kraftfahrzeugs und somit der Kraftstoffverbrauch gesenkt. Wird die Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten auf einen optimalen Gesamtwirkungsgrad des Kühlsystems ausgerichtet, so ergibt sich eine energieminimierte Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten, was wiederum zu einer Kraftstoffverbrauchsreduzierung der Brennkraftmaschine führt. Es kann davon ausgegangen werden, dass bei einer Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten im Hinblick auf einen optimalen Gesamtwirkungsgrad des Kühlsystems auch ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erreicht wird, wenn dabei die für den Motor optimalen thermischen Bedingungen eingestellt werden. Erfindungsgemäß sind Soll-Werte zur Ansteuerung der Komponenten in Kennfeldern in einem Speicher des Steuergerätes abgelegt. Durch diese vordefinierten Soll-Werte kann eine optimale Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten des Kühlsystems sichergestellt werden. Besonders vorteilhaft sind die Kennfelddaten wenigstens in Abhängigkeit einer der folgenden Einflussgrößen gespeichert: Fahrzeuggeschwindigkeit, Umgebungstemperatur, Temperatur des Kühlmittels, Motortemperatur, Motorlast oder Ventilstellungen im Kühlsystem.The object is achieved by the feature combination of the independent claims. This results in an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system. The inventive alignment of the control of the electrically actuated components of the cooling system on the overall efficiency of the motor vehicle, the total energy consumption of the motor vehicle and thus the fuel consumption is lowered. If the activation of the electrically actuatable components is aligned with an optimum overall efficiency of the cooling system, an energy-minimized activation of the electrically actuatable components results, which in turn leads to a fuel consumption reduction of the internal combustion engine. It can be assumed that with an activation of the electrically actuatable components with regard to an optimum overall efficiency of the cooling system, an optimum overall efficiency of the motor vehicle is achieved, if the optimum thermal conditions for the engine are set. According to the invention, setpoint values for controlling the components in characteristic maps are stored in a memory of the control device. These predefined setpoint values can be used to optimally control the electrically actuated Components of the cooling system to be ensured. The map data are stored particularly advantageously at least as a function of one of the following influencing variables: vehicle speed, ambient temperature, temperature of the coolant, engine temperature, engine load or valve positions in the cooling system.
Weitere vorteilhafte Einflussgrößen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.Further advantageous factors emerge from the following description of exemplary embodiments.
Die bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die aus den Kennfeldern entnommenen Soll-Werte zu einer Vorsteuerung der elektrisch betätigbaren Komponente herangezogen werden. Durch die Vorsteuerung wird die Regelgüte der Ansteuerung verbessert. Besonders vorteilhaft ergibt die Vorsteuerung für jeden Betriebspunkt eine Konfiguration zur Ansteuerung der jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponente, die auf eine minimale Stellenergie der Komponente hin optimiert ist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann sichergestellt werden, dass die elektrisch betätigbaren Komponenten des Kühlsystems in ihrer Gesamtheit zu jedem Zeitpunkt mit minimaler Stellenergie angesteuert werden.The preferred development of the method according to the invention provides that the desired values taken from the characteristic diagrams are used for a precontrol of the electrically actuated component. The pre-control improves the control quality of the control. Particularly advantageously, the feedforward control provides, for each operating point, a configuration for controlling the respective electrically actuatable component, which is optimized for a minimum point energy of the component. By means of this measure according to the invention, it can be ensured that the electrically actuatable components of the cooling system in their entirety are actuated at any point in time with a minimum actuating energy.
Die bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein optimaler Wirkungsgrad des Kühlsystems dadurch erreicht wird, dass die Einstellung eines Sollbetriebszustandes des Kühlsystems auf minimale Stellenergie der Komponenten hin optimiert wird. Hierzu werden erfindungsgemäß den Komponenten je nach Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs verschiedene Prioritäten zugeordnet. Wenn hierbei erfindungsgemäß die Festlegung der Prioritäten in Abhängigkeit von der notwendigen Stellenergie bzw. Antriebsenergie der jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponente in dem jeweiligen Betriebspunkt erfolgt, wird besonders zuverlässig sichergestellt, dass die Einstellung des Sottbetriebszustandes des Kühlsystems mit minimaler Stellenergie der elektrisch betätigbaren Komponenten erreicht wird.The preferred development of the method according to the invention provides that an optimum efficiency of the cooling system is achieved by optimizing the setting of a desired operating state of the cooling system to the minimum point energy of the components. For this purpose, according to the invention, the components are assigned different priorities depending on the operating point of the motor vehicle. If according to the invention the determination of the priorities in dependence on the necessary job energy or drive energy of the respective electrically actuated component in the respective operating point, it is particularly reliably ensured that the setting of the Sottbetriebszustandes the cooling system is achieved with minimal point energy of the electrically actuated components.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Ansteuerung der Komponenten unter vorgebbaren Randbedingungen erfolgt, wodurch die Ansteuerung der Komponenten auf betriebspunktabhängige Minimal- und Maximalwerte begrenzt wird. Durch diese Weiterbildung wird erreicht, dass neben der Stellenergie der elektrisch betätigbaren Komponenten auch der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs optimiert wird. Beispielsweise kann die Randbedingung vorgegeben werden, dass ein Kühlerlüfter erst dann angesteuert wird, wenn ein Kühler-Misch-Ventil mehr als 80% zum Kühler hin geöffnet ist. Unter einem Kühler-Misch-Ventil ist im Rahmen dieser Erfindung ein 3-Wegeventil zu verstehen, das das Mischverhältnis zwischen Kühler- und Bypasszweig einstellt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass eine Kühlerjalousie erst weiter geöffnet werden kann, wenn die Ventilöffnung zum Bypasszweig kleiner als ein vorgebbarer Wert ist. Hierbei ist zu beachten, dass die Kühlerjalousie in jedem Fall ein wenig geöffnet ist, da eine vollständig geschlossene Kühlerjalousie dazu führt, dass über den Kühler keine Wärme abgeführt werden kann; ein Ventileingriff wäre in diesem Fall wirkungslos.Another development of the method according to the invention provides that the control of the components takes place under predefinable boundary conditions, whereby the control of the components is limited to operating point-dependent minimum and maximum values. Through this development it is achieved that, in addition to the set energy of the electrically actuatable components, the overall efficiency of the motor vehicle is also optimized. For example, the Boundary condition can be specified that a radiator fan is only activated when a radiator mixing valve is opened more than 80% to the radiator. Under a radiator mixing valve is to be understood in the context of this invention, a 3-way valve that adjusts the mixing ratio between radiator and bypass branch. Another possibility is that a radiator shutter can only be opened further if the valve opening to the bypass branch is smaller than a predefinable value. It should be noted that the radiator shutter is in any case a little opened, as a fully closed radiator shutter causes no heat can be dissipated through the radiator; a valve intervention would be ineffective in this case.
Eine andere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass sich ein Ansteuerwert für eine Komponente aus einer Summe eines Vorsteuerwertes und eines mit einer Priorität verknüpften Reglerwertes ergibt. Diese Art der Bildung eines Ansteuerwertes verknüpft in idealer Weise die Vorteile eines Vorsteuerwertes (Stellenergie-optimierte Vorsteuerwerte, geringerer Regelaufwand, usw.) mit den Vorteilen von mit einer Priorität verknüpften Reglerwerten. Hierdurch wird vorteilhaft nur der Anteil eines Reglerwertes zur Ansteuerung an die elektrisch betätigbare Komponente weitergeleitet, der entsprechend der Priorität zu einer minimalen Stellenergie mit Blick auf den optimalen Gesamtwirkungsgrad des gesamten Kühlsystems führt. Vorteilhafterweise werden die Ansteuerwerte zeitlich gefiltert, damit auf ruckartige Laständerungen nur bedingt reagiert werden muss. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil ruckartige Laständerungen in aller Regel selten und meist kurzfristig auftreten, z.B. während Schaltvorgängen im Getriebe des Kraftfahrzeugs, so dass eine nachhaltige Auswirkung auf das thermische Verhalten des Kühlsystems ausbleibt. Vorteilhaft wird dem Kühlsystem als Sollgröße eine Solltemperatur vorgegeben. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die betragsmäßige, zeitliche Änderung der Solltemperatur beschränkt ist, wodurch die Regelgüte verbessert werden kann und ebenfalls auf ruckartige Laständerungen nur bedingt reagiert werden muss.Another preferred development of the method according to the invention provides that a control value for a component results from a sum of a precontrol value and a controller value associated with a priority. This way of forming a drive value ideally combines the benefits of a pilot value (power-optimized pilot values, less overhead, etc.) with the benefits of controller values associated with a priority. In this way, advantageously only the proportion of a controller value for driving to the electrically actuated component is forwarded, which leads according to the priority to a minimum job energy with a view to the optimum overall efficiency of the entire cooling system. Advantageously, the control values are filtered in time, so that only a limited response to jerky load changes. This is advantageous because jerky load changes usually rarely and usually occur at short notice, e.g. during switching operations in the transmission of the motor vehicle, so that there is no lasting effect on the thermal behavior of the cooling system. Advantageously, the cooling system is preset as a setpoint temperature. A further embodiment provides that the absolute value, temporal change of the setpoint temperature is limited, whereby the control quality can be improved and also has to respond to jerky load changes only conditionally.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Computerprogramms, das für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Das Computerprogramm weist eine Abfolge von Befehlen auf, die dazu geeignet sind, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden. Weiterhin kann die Abfolge von Befehlen auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein, beispielsweise auf einer Diskette, einer Compact-Disk, einem sogenanntem Flash Memory oder dergleichen.Of particular importance is the realization of the method according to the invention in the form of a computer program which is provided for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle. The computer program comprises a sequence of commands suitable for carrying out the method according to the invention when executed on a computer. Furthermore, the sequence of commands on a computer-readable medium stored, for example on a floppy disk, a compact disk, a so-called flash memory or the like.
Das Computerprogramm kann gegebenenfalls zusammen mit anderen Computerprogrammen als Softwareprodukt, beispielsweise an einen Hersteller von Steuergeräten für Brennkraftmaschinen vertrieben werden. Die Übermittlung des Softwareprodukts kann dabei durch die Übersendung einer Diskette oder einer CD erfolgen, deren Inhalt der Steuergeräte-Hersteller dann auf das Steuergerät überträgt. Ebenfalls ist es möglich, dass ein Flash Memory an den Steuergeräte-Hersteller versandt wird, den dieser direkt in das Steuergerät einsetzt. Ebenfalls ist es möglich, dass das Softwareprodukt über ein elektronisches Kommunikationsnetzwerk, insbesondere über das Internet, an den Steuergeräte-Hersteller übermittelt wird. In diesem Fall stellt das Softwareprodukt als solches - also unabhängig von einem elektronischen Speichermedium - das Vertriebsprodukt dar. Der Steuergeräte-Hersteller lädt in diesem Fall das Softwareprodukt, z.B. aus dem Internet herunter, um es danach beispielsweise auf einem Flash Memory abzuspeichern und in das Steuergerät einzusetzen.Optionally, the computer program may be distributed together with other computer programs as a software product, for example to a manufacturer of engine control units. The transmission of the software product can be done by sending a floppy disk or a CD, the contents of the controller manufacturer then transfers to the controller. It is also possible that a flash memory is sent to the ECU manufacturer, who uses this directly in the control unit. It is also possible that the software product is transmitted via an electronic communication network, in particular via the Internet, to the ECU manufacturer. In this case, the software product as such - ie independent of an electronic storage medium - represents the sales product. The ECU manufacturer in this case loads the software product, e.g. from the Internet to save it, for example, on a flash memory and insert it into the control unit.
Das Computerprogramm kann auch als separates Softwareprodukt vertrieben werden, das ein Hersteller von Steuergeräten zusammen mit weiteren Softwareprodukten anderer (dritter Hersteller) in das Steuergerät überträgt. In diesem Fall stellt das erfindungsgemäße Softwareprodukt ein zu anderen Modulen fremder Hersteller kompatibles Modul dar.The computer program can also be distributed as a separate software product, which a manufacturer of control devices transmits together with other software products of others (third manufacturer) into the control unit. In this case, the software product according to the invention represents a module which is compatible with other modules of a foreign manufacturer.
In allen diesen Fällen wird die Erfindung durch das Computerprogramm realisiert, so dass dieses Computerprogramm in gleicher Weise die Erfindung darstellt, wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Computerprogramm geeignet ist. Dies gilt dabei unabhängig davon, ob das Computerprogramm auf einem Speichermedium abgespeichert ist, oder, ob es als solches - also unabhängig von einem Speichermedium - vorhanden ist.In all these cases, the invention is realized by the computer program, so that this computer program represents the invention in the same way as the method which the computer program is suitable for executing. This applies regardless of whether the computer program is stored on a storage medium, or whether it as such - that is independent of a storage medium - is present.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst, durch ein Steuergerät zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 16.The object is further achieved by a control device for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle according to claim 16.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures.
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Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,FIG. 1 shows a first embodiment of the method according to the invention, -
Figur 2 zeigt ein zweites, konkreteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens undFIG. 2 shows a second, more concrete embodiment of the method according to the invention and -
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems.FIG. 3 shows an embodiment of the cooling system according to the invention.
Zu einem Kühlkreislauf gehören in der Regel eine zu kühlende Wärmequelle, z.B. der Fahrzeugmotor, die mittels eines Kühlmediums durch freie oder erzwungene Konvektion gekühlt werden. Die Temperaturdifferenz über der Wärmequelle ist vom Wärmeeintrag und von der Größe des Volumenstroms des Kühlmittels abhängig, während die absolute Temperatur des Kühlmediums durch den Wärmeeintrag der Wärmequelle, die Wärmeabfuhr über im Kreislauf befindliche Kühler und die Wärmekapazitäten der Materialien bestimmt wird.A cooling circuit usually includes a heat source to be cooled, e.g. the vehicle engine, which are cooled by means of a cooling medium by free or forced convection. The temperature difference across the heat source is dependent on the heat input and on the size of the volume flow of the coolant, while the absolute temperature of the cooling medium is determined by the heat input of the heat source, the heat removal via circulating cooler and the heat capacities of the materials.
Derzeitig in Motorkühlsystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzte mechanische Wasserpumpen, die über Keilriemen von der Kurbelwelle des Motors angetrieben werden, sind so dimensioniert, dass im kritischsten Betriebszustand, das heißt, bei Bergauffahrt mit mittlerer Drehzahl, hoher Last und geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, keine unzulässige Temperaturdifferenz über dem Motor entsteht. Das Mischverhältnis zwischen einer Bypass-Leitung und dem Kühlerzweig wird durch ein dehnstoffgetriebenes Thermostatventil in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur eingestellt. Dieses Ventil ist so dimensioniert, dass es ab einer festeingestellten Temperatur vollständig geöffnet ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich unzulässig hohe Kühlmitteltemperaturen einstellen.Currently used in motor cooling systems of motor vehicles mechanical water pumps that are driven by V-belts from the crankshaft of the engine are dimensioned so that in the most critical operating condition, that is, when driving uphill at medium speed, high load and low vehicle speed, no unacceptable temperature difference across the engine arises. The mixing ratio between a bypass line and the radiator branch is adjusted by means of a wedge-driven thermostatic valve as a function of the coolant temperature. This valve is dimensioned so that it is fully open from a set temperature. In this way it is prevented that set inadmissible high coolant temperatures.
Um den Volumenstrom von der Drehzahl zu entkoppeln, wird erfindungsgemäß eine regelbare Kühlmittelpumpe eingesetzt. Um das Temperaturniveau regeln zu können, wird das Thermostat durch ein verstellbares Proportionalventil ersetzt. Weiterhin sind erfindungsgemäß stufenlos regelbare Kühlerlüfter und/oder Kühlerjalousien für das System vorgesehen. Das erfindungsgemäße Kühlsystem ermöglicht eine bedarfsgerechte Ansteuerung beziehungsweise Regelung des Motorkühlsystems mit dem Ziel, den Kraftstoffverbrauch zu verringern und die Emissionen zu verringern beziehungsweise Abgasgrenzwerte einzuhalten und zudem den Komfort zu erhöhen. Hierbei werden kritische Grenzen der Bauteilbelastung nicht überschritten. Dies wird durch die Optimierung des Kühlmittelvolumenstroms und die lastabhängige Regelung des Temperaturniveaus des Motors erreicht. So wird die Kühlmitteltemperatur z.B. im Teillastbetrieb angehoben und im Volllastbetrieb abgesenkt. Durch den damit verbundenen höheren Füllungsgrad wird auch die Motorleistung angehoben.In order to decouple the volume flow from the rotational speed, a controllable coolant pump is used according to the invention. To regulate the temperature level, the thermostat is replaced by an adjustable proportional valve. Furthermore, according to the invention infinitely variable radiator fans and / or radiator shutters are provided for the system. The cooling system according to the invention enables a needs-driven control or regulation of the engine cooling system with the aim to reduce fuel consumption and reduce emissions or Comply with emission limits and also increase comfort. Here, critical limits of the component load are not exceeded. This is achieved by optimizing the coolant volume flow and the load-dependent control of the temperature level of the engine. Thus, the coolant temperature is raised, for example, in partial load operation and lowered in full load operation. Due to the associated higher degree of filling, the engine power is also increased.
Die Erfindung stellt eine in die Motorsteuerung integrierte Logik dar, die die Verteilung der Wärmeströme intelligent und prioritätsabhängig durchführt. Dies wird im Rahmen der Beschreibung zu den
Die
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach
Unter dem Kühlkreislaufzustand sind hierbei verschiedene Kühlmitteltemperaturen (z.B. Temperatur am Kühleraustritt, Temperatur am Motoraustritt, usw.) oder Stellorganzustände (z.B. Auslastung von Kühlmittelpumpe oder Kühlerlüfter) zu verstehen. Im Rahmen dieser Ausführungsbeispiele werden zur Vorsteuerung Kühlmitteltemperaturen am Motoraustritt und am Kühleraustritt berücksichtigt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass auch weitere Temperaturen oder auch Volumenströme - sowohl gemessene als auch beobachtete - berücksichtigt werden können.Under the cooling circuit condition here are different coolant temperatures (eg temperature at the radiator outlet, temperature at the engine outlet, etc.) or Stellorganzände (eg utilization of coolant pump or radiator fan) to understand. In the context of these exemplary embodiments, coolant temperatures at the engine outlet and at the radiator outlet are taken into account for precontrol. It lies within the framework of Invention, that also other temperatures or volume flows - both measured and observed - can be considered.
Unter dem Fahrzeugzustand sind verschiedene Fahrzeugzustandsgrößen (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung, Last, Steigung, usw.) zu verstehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Ausführungsbeispiele so zu modifizieren, dass auch zukünftige, erwartete Größen berücksichtigt werden. Beispielsweise könnte mittels eines Navigationssystems eine bevorstehende Bergauf- oder Bergabfahrt berücksichtigt werden. Steht z.B. eine Bergabfahrt unmittelbar bevor, braucht das System nicht so weit heruntergekühlt werden und es könnte auf ein energieintensives Hochfahren von Kühlmittelpumpe und Kühlerlüfter verzichtet werden, da eine kurzzeitige Herabsetzung der Kühlmitteltemperatur allein durch den Eingriff in das Kühler-Misch-Ventil realisiert werden kann.The vehicle state is understood to mean various vehicle state quantities (e.g., vehicle speed, acceleration, load, slope, etc.). It is within the scope of the invention to modify the embodiments so that future, expected sizes are taken into account. For example, an imminent uphill or downhill journey could be taken into account by means of a navigation system. If, for example, Downhill immediately before, the system needs not be cooled down so far and it could be dispensed with an energy-intensive startup of coolant pump and radiator fan, since a short-term reduction in the coolant temperature can be realized only by engaging in the radiator mixing valve.
Im Anschluß an den Schritt 101 werden im Schritt 102 Soll-Werte gebildet. Dies können beispielsweise Soll-Werte für die Motortemperatur, für die Motordifferenztemperatur oder die sogenannte Kühlreserve sein, die die Differenztemperatur aus Sollwert der Motoreintrittstemperatur und Kühlerausgangssolltemperatur darstellt. Diese Soll-Werte werden entsprechend der zuvor bestimmten Ist-Werte aus den im Speicher des Steuergerätes abgelegten Kennfeldern entnommen. Im Anschluß an die Sollwert-Bildung wird im Schritt 103 die Soll-Ist-Abweichung der zuvor bestimmten Soll-Werte bestimmt. Diese Soll-Ist-Abweichungen entsprechend Schritt 103 werden als Regler-Eingangs-Größen für die Bestimmung der Reglerwerte in Schritt 104 verwendet. Die Reglerwerte werden gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Parameter, beispielsweise dem Kühlmittelvolumenstrom, bestimmt. Als Regler werden bevorzugt PI-Regler (Proportional-Integral-Regler) oder PID-Regler eingesetzt. Die im Schritt 104 bestimmten Reglerwerte werden in einem anschließenden Schritt 105 mit einer Priorisierung verknüpft. Auf die Bestimmung der Priorisierung, die in den Schritten 111 und 112 erfolgt, wird später eingegangen.Subsequent to step 101, target values are formed in
Parallel zu den Schritten 102 bis 105 wird in einem an Schritt 101 anschließenden Schritt 106 ein Vorsteuerwert für die jeweilige Komponente bestimmt. Dies kann beispielsweise ein Vorsteuerwert für ein Kühler-Misch-Ventil, eine Kühlmittelpumpe, einen Kühlerlüfter oder eine Kühlerjalousie sein. Die Vorsteuerwerte werden analog zu den Soll-Werten entsprechend bestimmter Eingangsparameter aus den im Speicher des Steuergeräts abgelegten Kennfeldern entnommen. Die Vorsteuerwerte nach Schritt 106 werden in einem Schritt 107 mit den priorisierten Reglerwerten verknüpft. Das heißt also, dass der Schritt 107 neben den Vorsteuerwerten nach Schritt 106 auch die priorisierten Reglerwerte nach Schritt 105 zugeführt bekommt. Die Verknüpfung der Vorsteuerwerte mit priorisierten Reglerwerten nach Schritt 107 kann additiv oder auch multiplikativ sein. Im Anschluß an Schritt 107 erfolgt im Schritt 108 eine Filterung der zuvor bestimmten Ansteuersignale. Im an Schritt 108 anschließenden Schritt 109 ergibt sich schließlich das jeweilige Ansteuersignal für die verschiedenen elektrisch betätigbaren Komponenten, beispielsweise das Kühler-Misch-Ventil, die Kühlmittelpumpe, den Kühlerlüfter oder die Kühlerjalousie. Im Schritt 110, der sich an den Schritt 109 anschließt, werden schließlich die Komponenten entsprechend des bestimmten Ansteuersignals vom Motorsteuergerät direkt oder indirekt (über Endstufen) angesteuert.Parallel to the
Das Ansteuersignal nach Schritt 109 wird weiterhin einem Schritt 111 zugeführt, dem ebenfalls die in Schritt 101 bestimmten Ist- beziehungsweise Meßwerte zugeführt werden. Auf Grundlage der aus Schritt 101 zugeführten Istbeziehungsweise Meßwerte und der aus Schritt 109 übermittelten Ansteuersignale wird in Schritt 111 mittels eines Beobachters die jeweilige Stellenergie der jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponente bestimmt. Im Anschluß an den Schritt 111 wird in einem Schritt 112 auf Grundlage der zuvor bestimmten Stellenergie der jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponente und weiterer Eingangsgrößen, wie beispielsweise dem Fahrzeugzustand, eine Priorisierung entsprechend der notwendigen Stellenergie der verschiedenen elektrischen Komponenten vorgenommen. Hierbei wird ein besonderer Augenmerk auf die Wasserpumpe und den Lüfter gerichtet, da diese elektrisch betätigbaren Komponenten diejenigen mit dem größten Energiebedarf darstellen. Der Ausgangswert der Priorisierung nach Schritt 112 fließt in den Schritt 105 ein, der bereits zuvor beschrieben wurde.The drive signal after
In
Aus den Eingangsgrößen Motordrehzahl und Motorlast wird in einem Schritt 201 die Soll-Motortemperatur Tmot,soll bestimmt. Die Motor-Solltemperatur wird hierbei aus einem im Speicher des Steuergeräts des Kraftfahrzeugs abgelegten Kennfeld entnommen. Der in Schritt 201 ermittelte Soll-Wert für die Motortemperatur Tmot,soll wird zu einem Verknüpfungspunkt 202 geleitet, an dem die Soll-Ist-Abweichung bestimmt wird. Hierzu wird im Schritt 202 bzw. am Verknüpfungspunkt 202 von der zuvor bestimmten Motor-Solltemperatur Tmot,soll die aktuelle gemessene (oder anderweitig berechnete, beziehungsweise ermittelte) Motortemperatur Tmot subtrahiert. Das Ergebnis dieser Soll-Ist-Abweichungsbestimmung in Schritt 202 wird einem Regler 203 zugeführt. Bei dem Regler kann es sich beispielsweise um ein Proportionalintegral-Regler (PI), einen PID-Regler oder einen Fuzzy-Regler handeln. Dem Regler wird als weitere Eingangsgröße ein Signal zugeführt, das eine Aussage über den Kühlmittelvolumenstrom macht. Dieses Signal wird in einem Schritt 233 bestimmt, auf das im weiteren eingegangen wird. Nach der Bestimmung des Reglerwertes in Schritt 203 wird das Ergebnis der Priorisierung in Schritt 204 zugeführt. Hier wird der Reglerwert nach Schritt 203 mit einer Priorisierung verknüpft. Die Priorisierung der einzelnen elektrisch betätigbaren Komponenten wurde zuvor in Schritt 234 durchgeführt, auf den ebenfalls später eingegangen wird. Die Verknüpfung erfolgt beispielsweise multiplikativ, wodurch der zuvor bestimmte Reglerwert im Extremfall bis auf Null absinken kann. Parallel zu den Verfahrensschritten 201, 202, 203 und 204 wird in einem Schritt 205 aus den Eingangsgrößen Motorlast, Motordrehzahl und Kühlkreislaufzustand ein Vorsteuerwert für ein Kühler-Misch-Ventil X_Ventil (siehe Bezugszeichen 302 in
Im weiteren wird in den Schritten 209 bis 219 die Ermittlung des Ansteuersignals für die elektrisch betätigbare Kühlmittelpumpe (Bezugszeichen 307 in
In den nun folgenden Schritten 220 bis 227 wird das Ansteuersignal für den Kühlerlüfter (Bezugszeichen 317 in
Dem Priorisierungsschritt 222 wurde, wie vorstehend beschrieben, auch das Ausgangssignal eines Reglers 227 zugeführt, das nun im folgenden erläutert wird:As described above, the
Ausgehend von den Eingangsgrößen Motorlast, Kühlkreislaufzustand und Fahrertyp wird in einem Schritt 225 aus einem im Speicher des Motorsteuergerätes abgelegten Kennfeld ein Soll-Wert für die Temperaturdifferenz über dem Kühler ΔT_Kühler, soll bestimmt (Temperaturdifferenz über dem Kühler ΔT_Kühler,soll = Motorausgangstemperatur T_MA - Temperatur am Kühlerausgang T_KA). Der nach Schritt 225 ermittelte Soll-Wert für die Kühlerdifferenztemperatur ΔT_Kühler,soll wird einem Verknüpfungspunkt 226 zugeführt, an dem vom Kühlerdifferenztemperatur-Sollwert ΔT_Kühler, soll die sogenannte Kühlreserve subtrahiert wird. Unter der Kühlreserve ist allgemein die Differenz zwischen Motortemperatur Tmot und Temperatur am Kühlerausgang T_KA zu verstehen (im speziellen z.B. T_MA,soll-T_KA,soll oder T_ME,soll-T_KA,soll). Das Ergebnis dieses Verknüpfungspunktes 226 wird im Schritt 227 dem bereits genannten Regler zugeführt. Als weitere Eingangsgröße wird dem Regler im Schritt 227 ein den Kühlmittelvolumenstrom repräsentierendes Signal vom Schritt 233 zugeführt. Der Regler nach Schritt 227 kann beispielsweise als PI-Regler ausgeführt sein.Based on the input variables engine load, cooling circuit condition and driver type, a desired value for the temperature difference across the radiator ΔT_cooler is to be determined in a
Die Schritte 228 bis 232 repräsentieren die Ansteuersignalbestimmung für eine Kühlerjalousie (Bezugszeichen 316 in
Im Folgenden werden die Schritte 233 und 234 erläutert, auf die vorstehend bereits Bezug genommen wurde. Der Schritt 233 stellt einen Beobachter dar, dem neben der Motorlast als Eingangssignal die Ansteuersignale für das Kühler-Misch-Ventil 208, für die Kühlmittelpumpe 219, für den Kühlerlüfter 224 und für die Jalousie 232 zugeführt werden. Anhand der zugeführten Daten bestimmt der Beobachter den aktuell vorherrschenden Kühlmittelvolumenstrom und stellt diesen als Ausgangssignal zur Verfügung. Dieses Ausgangssignal wird, wie bereits vorstehend beschrieben, den Reglern 203 und 227 zugeführt. Als weitere Ausgangsgröße des Beobachters nach Schritt 233 wird die für-die jeweiligen Komponenten erforderliche Stellenergie ausgegeben und an die Priorisierung im Schritt 234 übergeben. Als weitere Eingangsgröße wird der Priorisierung im Schritt 234 der Fahrzeugzustand zugeführt. In Kenntnis des Fahrzeugzustandes und der jeweiligen Stellenergie wird im Schritt 234 ein für die jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponenten ein individuelles Prioritätssignal erzeugt und an die jeweiligen Priorisierungen in Schritt 204, Schritt 213, Schritt 222 und 228 übermittelt.In the following, the
Somit ist ein vollständiges Konzept aus Vorsteuerung, priorisierten Reglerwerten und Filtern zur optimalen Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten in einem Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben worden.Thus, a complete concept of pilot control, prioritized controller values, and filters for optimally driving electrically operable components in a cooling system for a motor vehicle has been described.
Ein Teil des Kühlmediums, das über die Leitung 308 in den Motorblock 300 hineinfließt, verläßt den Motorblock 300 nicht über die Leitung 301, sondern über eine Leitung 309, die zum Heizungswärmetauscher 310 führt, der für die Heizung des Fahrgastinnenraumes sorgt. Vom Heizungswärmetauscher 310 fließt das Kühlmedium über eine weitere Leitung 311 zurück in die Leitung 305 und mündet dort unmittelbar vor der Kühlmittelpumpe 307 ein.A portion of the cooling medium that flows into the
Im Kühlsystem sind folgende Temperatursensoren angeordnet: Ein Temperatursensor 312 erfaßt die Motortemperatur Tmot, ein Temperatursensor 313 erfaßt die Motorausgangstemperatur T_MA, ein Temperatursensor 314 erfaßt die Kühlerausgangstemperatur T_KA und ein Temperatursensor 315 erfaßt die Motoreingangstemperatur T_ME. Tmot könnte z.B. eine motorinterne Kühlmittel- oder Bauteiltemperatur oder auch die Motoraustrittstemperatur sein.The following temperature sensors are arranged in the cooling system: A
Weitere wichtige Komponenten des Kühlsystems sind eine elektrisch betätigbare Kühlerjalousie 316 sowie ein Kühlerlüfter 317. Die Kühlerjalousie 316 dient dazu, den Kühler 304 in bestimmten Betriebssituationen vor dem kühlenden Fahrtwind abzuschotten, wohingegen der Kühlerlüfter 317 zu einer verstärkten Kühlung des Kühlmediums im Kühler 304 führt.Other important components of the cooling system include an electrically
Weiterhin dargestellt ist ein Steuergerät 318, das in der Regel das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ist und neben der Steuerung des Kühlsystems weitere Aufgaben, wie beispielsweise die Steuerung der motorischen Verbrennung übernimmt. Dem Steuergerät 318 werden über die Signalleitungen 321, 323, 324 und 326 die Signale der Temperatursensoren 312, 313, 314 und 315 zugeführt. Gleichzeitig werden von dem Steuergerät 318 Ausgangssignale zur Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten 302, 304, 316 und 317 ausgegeben. Dies sind im Einzelnen das Ansteuersignal zur Ansteuerung des Kühler-Misch-Ventils 302 über die Signalleitung 319, die Signalleitung 320 zur Ansteuerung der Kühlerjalousie 316, die Signalleitung 322 zur Ansteuerung des Kühlerlüfters 317 sowie die Signalleitung 325 zur Ansteuerung der Kühlmittelpumpe 307.Also shown is a
In dem Motorsteuergerät 318 ist ein in
Durch das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise das erfindungsgemäße Kühlsystem wird zu jedem Zeitpunkt die gewünschte Solltemperatur des Kühlmediums bzw. einer motorinternen Temperatur eingeregelt, wobei diese Einregelung mit minimalem Stellenergieaufwand realisiert wird. In den im Steuergerät 318 abgelegten Kennfeldern sind Sollgrößen entsprechend der Kühlkreislaufzustände für den gesamtenergieoptimalen Zustand des Fahrzeugs vorgegeben. Die Vorsteuerkennfelder der Reglerstruktur sind so bedatet, dass sich für jeden Betriebspunkt eine Konfiguration der Stellorgane ergibt, die möglichst nahe am energetischen Optimum liegt und mit der die Sollgrößen möglichst erreicht werden. Eventuell notwendige Korrekturen werden durch Reglereingriffe vorgenommen. Die Priorisierung entscheidet, ob und gegebenenfalls in welchem Maße der Reglereingriff mit dem Signal der Vorsteuerung addiert als Steuersignal an das Stellglied ausgegeben wird oder ob stattdessen ein anderes Stellglied angesteuert wird oder ob die momentane Regelabweichung nicht verkleinert werden soll. Die Priorisierung kann also auch entscheiden, ob eine Realisierung des gewünschten Kühlkreislaufzustandes vom momentanen Kühlkreislaufzustand aus energetisch sinnvoll ist. Abweichungen von den Sollvorgaben sind jedoch nur zu unkritischeren Betriebsbedingungen hin zulässig.By the method according to the invention or the cooling system according to the invention, the desired setpoint temperature of the cooling medium or an engine-internal temperature is adjusted at any time, wherein this adjustment is realized with minimal expenditure of space energy. In the maps stored in the
In der Priorisierung werden gewisse Regeln und Informationen berücksichtigt, wie z.B.:
- Der Kühlerlüfter darf erst angesteuert werden, wenn das Kühler-Misch-Ventil mehr als 80% zum Kühler geöffnet ist.
- Die Kühlerjalousie darf nicht über eine Öffnung von beispielsweise x% geöffnet werden, solange das Kühler-Misch-Ventil unter beispielsweise y% zum Kühler geöffnet ist.
- Der Energieaufwand für eine Erhöhung der Kühlleistung durch entsprechende Veränderung der Stellung der elektrisch betätigbaren Komponenten in Abhängigkeit vom Kühlkreislaufzustand und Betriebszustand des Kraftfahrzeugs.
- Evtl. darf zur Verbesserung des Fahrkomforts der Kühlerlüfter wegen seiner hohen Geräuschentwicklung nur in bestimmten Motordrehzahlbereichen eingeschaltet werden.
- Die Priorisierung der Stellsignale der Komponenten Kühlerlüfter und Kühlmittelpumpe werden, relativ zu den anderen elektrisch betätigbaren Komponenten, höhere Prioritäten eingeräumt, da diese einen besonders hohen Stellenergiebedarf aufweisen. Mit anderen Worten: Es werden zuerst das Kühler-Misch-Ventil und die Kühlerjalousie geöffnet.
- Es wird der Einfluß der Kühlerjalousie auf den cw-Wert des Kraftfahrzeugs und der damit verbundene Einfluß auf die maximale Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bzw. den Verbrauch berücksichtigt.
- The radiator fan may only be activated when the radiator mixing valve is open more than 80% to the radiator.
- The radiator shutter must not be opened through an opening of, for example, x%, as long as the radiator mixing valve is open at, for example, y% to the radiator.
- The energy required for increasing the cooling capacity by corresponding change in the position of the electrically actuated components in dependence on the cooling circuit state and operating condition of the motor vehicle.
- Possibly. may be used to improve the ride comfort of the radiator fan due to its high noise only in certain engine speed ranges.
- The prioritization of the control signals of the components radiator fan and coolant pump, relative to the other electrically actuated components, given higher priorities, since they have a particularly high energy demand. In other words: First the radiator mixing valve and the radiator shutter are opened.
- It takes into account the influence of the radiator shutter on the cw value of the motor vehicle and the associated influence on the maximum driving speed of the motor vehicle or the consumption.
Durch die Priorisierung wird die Ansteuerung des Kühlsystems an das energetische Optimum angenähert. Das Kühlsystem wird dabei - soweit möglich - mit einem Mindeskühlmittelvolumenstrom, ausgeschaltetem Kühlerlüfter und möglichst weit geschlossener Kühlerjalousie betrieben. Die abzuführende Kühlleistung wird dabei vorzugsweise durch das Kühlerventil bzw. das Kühler-Misch-Ventil geregelt. Erst wenn die erforderliche Kühlleistung mit diesen Vorgaben nicht mehr realisierbar ist, wird eine stellenergieoptimale Kombination aus Stellung der Kühlerjalousie, Kühlmittelpumpe und Kühlerlüfter angesteuert.By prioritizing the control of the cooling system is approximated to the energetic optimum. As far as possible, the cooling system is operated with a minimum coolant volume flow, a switched-off radiator fan and as far as possible a closed radiator shutter. The dissipated cooling capacity is preferably regulated by the radiator valve or the radiator mixing valve. Only when the required cooling capacity can no longer be achieved with these specifications is a set-energy-optimal combination of the position of the radiator shutter, coolant pump and radiator fan actuated.
Durch die Erfindung wird sichergestellt, dass die Bauteilbelastung und die Ausbildung von sogenannten Hot-Spots nicht über das zulässige Maß hinausgehen.The invention ensures that the component load and the formation of so-called hot spots do not exceed the permissible level.
Claims (16)
- Method for driving electrically actuable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, the components being driven by a control device (318) as a function of the present operating point of the motor vehicle in such a way that an optimum overall efficiency of the motor vehicle and/or of the cooling system results,- that pilot control values (106) and controller values (104) are determined taking into consideration determined actual values (101),- and that a prioritization (112) of the components corresponding to the required actuating energy, the determined actual values and further input variables is carried out, characterized- in that the pilot control values (106), the controller values (104) and the prioritization of the components (112) are linked (106, 107) and this results in drive signals for the various electrically actuable components.
- Method according to Claim 1, characterized in that desired values for driving the components are stored in families of characteristics in a memory of the control device (318).
- Method according to Claim 2, characterized in that the data relating to families of characteristics are stored at least as a function of the following influencing variables:- vehicle speed- ambient temperature- temperature of the coolant at various points in the cooling cycle- motor temperature- motor load- type of driver- valve positions in particular of the cooler mix valve- expected future track course from navigation system.
- Method according to Claim 2 or 3, characterized in that the desired values are used for a pilot control (205, 215, 217, 220, 229) of the components.
- Method according to Claim 4, characterized in that the pilot control (205, 215, 217, 220, 229) for each operating point results in a configuration for driving (208, 219, 224, 232) the components which is optimized to a minimal actuating energy of the components.
- Method according to Claim 1, characterized in that an optimum efficiency of the cooling system is achieved by virtue of the fact that the setting of a desired operating state of the cooling system is optimized to a minimum actuating energy of the components.
- Method according to Claim 1 or 6, characterized in that various priorities (234, 204, 213, 222, 228) are assigned to the components depending on the operating point of the motor vehicle.
- Method according to Claim 7, characterized in that the determination of the priorities (234) takes place as a function of the required actuating energy (233) of the respective component at the respective operating point.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the driving of the components takes place with predeterminable boundary conditions, as a result of which the driving of the components is limited to minimum and maximum values which are dependent on the operating point.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that a drive value for a component results from a sum of a pilot control value and a controller value (203, 211, 227), which is linked to a priority.
- Method according to Claim 10, characterized in that the drive values are filtered temporally (207, 218, 223, 231), in order that there is only limited response to jerky changes in load.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that a desired temperature (201) is predetermined as a desired variable for the cooling system or the motor.
- Method according to Claim 12, characterized in that the change in terms of absolute value of the desired temperature over time is restricted.
- Computer program for an internal combustion engine, characterized in that it is programmed for application in a method according to one of the preceding claims.
- Computer program according to Claim 14, the sequence of commands being stored on a computer-readable data carrier.
- Control device for driving electrically actuable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, the components being capable of being driven by the control device (318) as a function of the present operating point of the motor vehicle in such a way that an optimum overall efficiency of the motor vehicle and/or of the cooling system results,- that pilot control values (106) and controller values (104) are determined taking into consideration determined actual values (101),- and that a prioritization (112) of the components corresponding to the required actuating energy, the determined actual values and further input variables is carried out, characterized- in that the pilot control values (106), the controller values (104) and the prioritization of the components (112) are linked (106, 107) and this results in drive signals for the various electrically actuable components.
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