EP1509687B1 - Verfahren zur wärmeregulierung einer brennkraftmaschine für fahrzeuge - Google Patents

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EP1509687B1
EP1509687B1 EP03714903A EP03714903A EP1509687B1 EP 1509687 B1 EP1509687 B1 EP 1509687B1 EP 03714903 A EP03714903 A EP 03714903A EP 03714903 A EP03714903 A EP 03714903A EP 1509687 B1 EP1509687 B1 EP 1509687B1
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combustion engine
coolant
temperature
coolant temperature
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Christoph Burckhardt
Michael Haas
Roland LÜTZE
Alexander Müller
Michael Reusch
Ulrich Springer
Jens Von Gregory
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1446—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being exhaust temperatures

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the heat of an internal combustion engine for vehicles with a coolant circuit and controllable means for influencing the heat balance of the internal combustion engine, wherein a coolant temperature and other operating parameters of the internal combustion engine are detected and the controllable devices are controlled in dependence on the coolant temperature and the further operating parameters of the internal combustion engine ,
  • a device for controlling the idle speed in an internal combustion engine in which independently of the smoothness control variables are variable, in particular the mixture or air flow in the intake manifold.
  • the ignition and the mixture composition can be influenced, the latter preferably being adjusted in the direction of warming during warm-up.
  • Minimum and maximum idle speed values serve to restrict the working range of the idle speed control starting from the smooth running.
  • From the EP A 0 152 604 is a control or regulating method for operating characteristics of an internal combustion engine known. Fuel injection nozzles are activated and the lambda values are regulated. The map will be running corrected. The aim is a map adaptation, which also influences areas that are not or only rarely addressed. For this purpose, the values of the nodes of the map can be changed with a control method. The values stored in the map are changed and the map values lying in the vicinity of the changed map value are modified.
  • the water pumps are first put into operation and regulated with increasing temperature or increasing heat accumulation, whereupon the thermostats, the radiator shutter and finally the fan are put into operation and regulated.
  • the temperatures of the internal combustion engine are first put into operation and regulated with increasing temperature or increasing heat accumulation, whereupon the thermostats, the radiator shutter and finally the fan are put into operation and regulated.
  • the temperatures of the internal combustion engine can not be controlled, it is provided to reduce the performance of the internal combustion engine for safety.
  • a method for heat regulation of an internal combustion engine for vehicles is to be specified, which can be used with minor changes for different internal combustion engines with different components.
  • a max combination of the determined output values is provided by only converting the larger output value into the manipulated variable.
  • Such a Max link creates an interface for an extension of the control structure. Additional functionalities or requirements can be fed to the Max link without requiring further changes to the rest of the control structure. For example, requirements from a climate control or engine concerns due to cooling of the exhaust gas recirculation or intercooling be taken into account by using these requirements, an output value is determined, compared with the other output values and then taken into account when it is greater than the other determined output values.
  • control structure By controlling the correction of a basic map, the control structure is suitable for different applications, since only the basic map or the correction controller must be changed to adapt to different internal combustion engines. As a result, different engines different components can be operated with the same control structure.
  • a hysteresis curve is used in the determination of a manipulated variable.
  • Such a hysteresis characteristic can be applied to both the controllers and the basic map, especially in transition areas, for example when switching on the coolant pump to prevent uncontrolled switching.
  • a determination of desired values of a coolant temperature and of a component temperature of the internal combustion engine takes place by means of characteristic diagrams as a function of a rotational speed and an injection quantity of the internal combustion engine.
  • the setpoints for coolant and component temperature can be specified depending on the operating point.
  • a plurality of states of the system of internal combustion engine and coolant circuit are defined, which are respectively assigned to different values of the coolant temperature and / or the further operating parameters and in which the controllable devices for controlling at least the coolant temperature are at least partially controlled differently.
  • control characteristics can be provided in the different states or controllable devices can be set to maximum or zero flow rates without any regulation.
  • a change in the various states by exceeding or falling below predetermined limits an ambient temperature, a component temperature of the internal combustion engine, a coolant temperature, a charge air temperature and / or pressure of an air conditioning compressor is triggered and in the individual states are to control a coolant temperature and a component temperature of the internal combustion engine settings of a coolant pump, a heating pump, a mixing valve between a radiator and a bypass circuit, a radiator shutter, a radiator fan, an air compressor and / or an injection system of the internal combustion engine changed.
  • Fig. 1 an internal combustion engine 10 is shown, which is provided with a coolant circuit and arranged in a motor vehicle.
  • the inventive method can be performed.
  • the illustrated coolant circuit circulates a coolant, wherein a flow direction of the coolant in the coolant circuit is indicated at various points in each case by an arrow.
  • coolant passes to a controllable mixing valve 14, which is designed as a rotary valve.
  • the mixing valve 14 is adjusted by means of an electric motor 16, which in turn is controlled by a central control unit 18.
  • PWM pulse width modulated signals
  • the mixing valve 14 the coolant flow coming from the internal combustion engine 10 is conducted via a bypass line 20 or via a vehicle radiator 22.
  • the bypass line 18 opens again into a main line 24, which leads to a coolant pump 26.
  • the coolant pump 26 is mechanically driven by the engine 10 and is provided with a controllable by the control unit 18 magnetic coupling 28. By means of the magnetic coupling 28, the coolant pump 26 can be turned on or off even when the internal combustion engine 10 is running. Instead of a mechanically driven coolant pump and an electrically driven coolant pump could be used. Starting from the coolant pump 26, the coolant returns to the internal combustion engine 10.
  • a heating circuit conduit 30 branches off from the conduit connecting the coolant outlet 12 and the mixing valve 14.
  • the heating circuit line 30 first leads to a heating pump 32, which is driven by means of an electric motor 34.
  • the electric motor 34 is controlled by the control unit 18 by means of pulse width modulated signals.
  • the heating circuit conduit 30 leads to an exhaust gas recirculation heat exchanger 36.
  • the heating heat exchanger 38 is a heating heat exchanger 38.
  • the heating circuit line 30 then leads to the main line 24, which leads to the coolant pump 26.
  • the vehicle radiator 22 is provided with a radiator shutter 40, which can be adjusted by means of an electric motor 42, and a fan 44, which is driven by means of an electric motor 46.
  • a setting of the radiator shutter 40 or a speed of the fan 44 can be changed by means of the control unit 18.
  • the central controller 18 receives inputs from a coolant temperature sensor 48 and a land temperature sensor 50 in the engine 10.
  • the coolant temperature sensor 48 measures a temperature of the coolant at the exit 12 of the engine 10 and the land temperature sensor 50 measures a temperature of a material area between the exhaust valves of the engine 10
  • a dashed line connection 52 is a data exchange between the engine 10 and the central control unit 18 illustrates.
  • the central control unit 18 receives actual values of operating parameters of the internal combustion engine 10 are manipulated variables for the operation of the internal combustion engine 10, for example injection quantity, throttle position, ignition timing and the like.
  • the central controller 18 receives input signals from a block 54 concerning heating and air conditioning requirements. If, for example, an increased air conditioning capacity is requested by the block 54, the control unit 18 can, on the one hand, increase an engine load and, on the other hand, take measures to be able to discharge the then increased amount of heat via the coolant circuit.
  • a control structure is implemented in the control unit 18, with the function of the coolant temperature and other Operating parameters of the internal combustion engine 10, the mixing valve 14, the coolant pump 26, the heating pump 32, the radiator shutter 40, the fan 44 and optionally an injection system of the engine 10 can be controlled differently.
  • the mixing valve 14, the coolant pump 26, the heating pump 32, the radiator shutter 40, the fan 44 and optionally an injection system of the engine 10 can be controlled differently.
  • several states of the system of internal combustion engine 10 and coolant circuit are defined, in each of which different measures for controlling the coolant temperature or the web temperature are taken.
  • control structure implemented in the control unit 18 is constructed so that it can be adapted with little effort to different internal combustion engines 10 and / or additional requirements for operation. So in the in the Fig. 1 In addition, the requirements of block 54 relating to heating and air conditioning requirements are additionally processed.
  • Fig. 2 serves to illustrate the control unit 18 available input variables and the output in the context of the control coolant and component temperature of the internal combustion engine 10 signals.
  • the controller 18 is supplied with a coolant temperature T K from the coolant temperature sensor 48 and a component temperature T B from the web temperature sensor 50.
  • the controller 18, the current engine speed n and a current injection quantity m e are available. The regulation of the coolant and component temperature on the basis of these input variables T K , T B , n and m e will be described in detail with reference to FIG Fig. 3 explained.
  • the controller 18 as input variables, an outside air temperature T AL , a charge air temperature T LL , an exhaust gas recirculation EGR, the already mentioned climate requirements K, a vehicle speed v and an accelerator pedal position p are available. These inputs are used to indicate a state of the internal combustion engine 10 system and to determine coolant circuit, wherein in the individual states different measures are taken to control the coolant and component temperature.
  • a coolant volume flow request represented by block 60 is determined for control.
  • the volumetric flow requirement 60 is converted into a manipulated variable 62 for the adjustment of the heating pump 32 and a manipulated variable 64 for the adjustment of the coolant pump 26.
  • a rotary valve positioning 66 is requested, which is converted into a manipulated variable 68 for the adjustment of the mixing valve 14.
  • a cooling air mass requirement 70 is determined, which is set in a control variable 72 for controlling the radiator shutter 40 and in a control variable 74 for controlling the fan 44.
  • a basic value for a required volume flow of the coolant is determined on the basis of the input quantities injection quantity m e and engine speed n.
  • This basic value from block 80 is passed to a block 82 in which a hysteresis characteristic is applied to this basic value in order to prevent uncontrolled switching in transition regions.
  • a volume flow request is thus available, which is transferred to linking units 84 and 86.
  • the determined basic value of the volume flow is corrected by means of the linking units.
  • the basic value is corrected by means of a regulator which uses the coolant temperature T K as the reference variable and by means of the linking unit 86 the basic value is corrected by means of a regulator, the component temperature T B used as a reference variable.
  • a setpoint T Ksoll for the coolant temperature as a function of the current injection quantity m e of the current engine speed n is specified by a block 88.
  • the desired value T Ksoll is transferred to a linking unit 90, which also has the current actual value of the coolant temperature T KIst from the coolant sensor 48 available and which determines a control difference from these values.
  • the control difference thus determined is transferred to a block 92, in which a hysteresis characteristic is applied to the determined control difference. From block 92, a correction value for the volumetric flow demand is thus transferred to linking unit 84 where it is added to the previously determined basic value.
  • the component temperature T B in a block 94 based on a basic map taking into account the injection quantity m e and the engine speed n first setpoint T BSoll determined and in a linkage unit 96 from an actual value T Bisc and the setpoint T BSoll a control difference determined.
  • a hysteresis characteristic is applied to the determined control difference in block 98, so that a correction value for a volume flow request is transferred from block 98 to linking unit 86.
  • a time variation of the component temperature is taken into account in block 100 in order to achieve a satisfactory control of the component temperature which is more dynamic than the coolant temperature.
  • the volume flow request output by the block 100 is also supplied to the linking unit 86.
  • Both the volume flow request from block 84 and the volume flow request from block 86 are in one Block 102 and 104 then checked whether they exceed a maximum or minimum applicable value and optionally limited to these values.
  • the volume flow requirements are then transferred to a Max-Link unit 106.
  • the max link unit 106 it is checked which of the volume flow requests from the block 102 or the block 104 is larger, and only the larger volume flow request is passed to a block 108 where a conversion characteristic is applied to the volume flow request.
  • the volumetric flow requirement is converted into a drive signal for the coolant pump 26, which is finally amplified by means of an output stage 110 and passed on to the coolant pump 26.
  • the regulatory structure according to Fig. 3 is easily modifiable to tune the control to various internal combustion engines and / or various ancillary equipment and requirements.
  • the basic map 80 can be changed to match different internal combustion engines.
  • the in the Fig. 3 illustrated control structure which can be used in the same way for the determination of manipulated variables for the control mixing valve 14, the radiator shutter 40, the fan 44, the heating circuit pump 32 and optionally the injection system of the internal combustion engine 10, thereby easily adaptable to different engines.
  • the max-linking unit 106 creates an interface into which further requirements can be fed.
  • Max-link 106 each receives the one Controller the penetration of the actuator of the coolant pump 26, the heating circuit pump 32, the mixing valve 14, the fan 44 or the radiator shutter 40, which transfers the largest request value to the Max-linking unit 106.
  • Further requirements for example from a climate control or from a cooling of the exhaust gas recirculation required in a specific operating point, can thus be fed into the max link 106, which ensures that these requirements are taken into account in the determination of the control variables.
  • Fig. 2 determines the central control unit 18 based on their input variables which predetermined state, the system of internal combustion engine 10 and refrigerant circuit is currently occupying.
  • seven states are predefined, which can take the system of internal combustion engine 10 and coolant circuit and in each of which different measures are provided to achieve a regulation of the coolant temperature and the web temperature.
  • a first state corresponds to a cold start in which a component temperature in the range of -20 ° C to 120 ° C and a coolant temperature at the exit from the internal combustion engine in the range of -20 ° C to 80 ° C.
  • a temperature of the charge air after a charge air cooler is less than 60 ° C and a pressure of a refrigerant in an air conditioning circuit is below 12 bar. For example, are low Ambient temperatures in the range of -20 ° C.
  • the objective is to accelerate the warm-up of the internal combustion engine 10 and to reach an acceptable interior temperature quickly.
  • the volume flow flowing through the heating pump 32 is controlled by means of the motor 34 via the central control unit 18.
  • the magnetic coupling 28 of the coolant pump 26 is decoupled, so that the coolant pump 26 flows through only passively but does not itself contribute to the promotion of a volume flow.
  • the mixing valve 14 is set in the first state, that the bypass line 18 is fully open and the line leading to the radiator 22 is completely closed.
  • the radiator shutter 40 is fully closed, the fan 44 is turned off and also an air conditioning compressor is turned off.
  • a so-called cooking protection the application of which the power of the internal combustion engine is reduced in order to reduce the amount of heat generated, is turned off.
  • a second state which is like the first state associated with a warm-up of the internal combustion engine and in which a heating of the interior is to take place, the cooling water and the web between the exhaust valves is already heated.
  • the state of the system is classified by the controller 18 in the second state, when low ambient temperatures, for example -20 ° C, a web temperature in the range of 120 ° C to 160 ° C, a temperature at the cooling water outlet 12 in the range of 80 ° C. up to 90 ° C, a charge air temperature after the intercooler is less than 60 ° C and a refrigerant pressure of less than 12 bar.
  • the heating pump 32 is switched on and supplies 100% of the possible volume flow.
  • the coolant pump 26 is selectively turned on or off the magnetic coupling switched on or off. This is done depending on the coolant or web temperature.
  • the mixing valve 14 is set in the second state so that the bypass line 18 is fully opened and the line leading to the radiator 22 is completely closed.
  • the radiator shutter 44 and optionally further blinds before the intercooler and a condenser are closed.
  • the E-lektrolrangeer 44, the air conditioning compressor and cooking protection are turned off.
  • a change to a third state takes place when the internal combustion engine is already warm and the web temperature and the coolant temperature are in the desired range.
  • a heating in the vehicle interior is still required.
  • the system assumes the third state when low ambient temperatures, for example -20 ° C, a web temperature in the range of 140 ° C to 180 ° C, a coolant temperature at the outlet 12 in the range of 90 ° C to 95 ° C, a Charge air temperature of less than 60 ° C and a refrigerant pressure of less than 12 bar are present.
  • the heating pump 32 is turned on and provides 100% of its possible volume flow.
  • the coolant pump 26 is switched on since the magnetic coupling 28 is de-energized.
  • the mixing valve 14 is driven in normal operation and consequently passes the coolant flow as a function of the coolant temperature at the coolant sensor 48 and the web temperature at the component sensor 50 through the bypass line 18 and / or to the radiator 22. Since the mixing valve 14 is designed as a rotary valve, can any distribution of Coolant to the bypass line 18 and the radiator 22 are adjusted continuously in the control mode. As in the states one and two, the radiator shutter 40 and possibly other blinds are closed, the fan 44, the air conditioning compressor and a cooking protection are turned off.
  • the fourth state Upon further heating of the internal combustion engine 10 is changed to a fourth state in which the operating temperatures already at the upper edge of the target range. Even in this fourth state, a heating of the vehicle interior must occur due to low ambient temperatures.
  • the fourth state is characterized by a web temperature in the range of 160 ° to 200 ° C, a coolant temperature of 95 ° C to 100 ° C, a charge air temperature after the intercooler of more than 60 ° C and a refrigerant pressure of less than 12 bar ,
  • the heating pump 32 is turned on and provides 100% of its possible volume flow.
  • the coolant pump 26 is, since the magnetic coupling 28 is energized, switched on.
  • the mixing valve 14 assumes an end position, closes the bypass line 18 completely and directs the coolant flow completely to the vehicle radiator 22.
  • the radiator shutter 40 and optionally further blinds are regulated as a function of the coolant temperature and the web temperature.
  • the fan 44, the air conditioning compressor and the cooking protection are switched off.
  • the system changes to a fifth state when higher ambient temperatures, for example, around 20 ° C, so that no more heating in the vehicle interior is required but also no air conditioning is needed.
  • the fifth state is characterized in detail by web temperatures in the range of 160 ° C to 200 ° C, coolant temperatures between 100 ° C and 115 ° C, charge air temperatures of more than 60 ° C and a refrigerant pressure of less than 12 bar.
  • the heating pump 32 is turned off, the coolant pump 26 is switched on and the mixing valve 14 closes the bypass line 18 and directs the coolant flow completely to the radiator 22.
  • the radiator shutter 40 and possibly other blinds before the intercooler and the condenser are fully open.
  • the fan 44 is regulated as a function of the coolant temperature and the web temperature.
  • the air conditioning compressor and cooking protection are switched off.
  • the sixth state is ambient temperatures in the range of 20 ° C to 30 ° C, web temperatures in the range of 160 ° C to 200 ° C, coolant temperatures in the range of 100 ° C to 115 ° C, charge air temperatures greater than 60 ° C and a refrigerant pressure in the range of 12 bar to 20 bar.
  • the heating pump 32 is switched off, the coolant pump 26, however, is switched on.
  • the mixing valve 14 keeps the bypass line 18 is still closed and directs the flow of coolant completely to the radiator 22.
  • the radiator shutter 40 and possibly other blinds are fully open.
  • the fan 44 runs at maximum power and thereby enables a maximum air flow through the radiator 22.
  • the air conditioning compressor is regulated as a function of the desired interior temperature.
  • the cooking protection is switched off.
  • the seventh state is due to a high ambient temperature, for example between 30 ° C and 35 ° C, a web temperature in the range 160 ° C to 200 ° C, a coolant temperature in the critical range of more than 115 ° C, a charge air temperature of more than 60 ° C and a refrigerant pressure of more than 20 bar.
  • the heating pump 32 is switched off, the coolant pump 26 is switched on, the mixing valve closes the bypass line 18 completely and led the coolant flow completely to the radiator 22, the radiator shutter 40 and possibly other blinds are fully open and the fan 44 runs at maximum power.
  • the air conditioning compressor is driven with reduced power and at the same time a reduced engine power is set via the cooking protection. This can be done, for example, by reducing an injection quantity. If the operating temperatures drop, the system can change back to the sixth state and the full engine and air-conditioning capacity is available again.
  • prioritization can be made such that the system assumes a particular condition when selected operational parameters are within a range defined for that condition.

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Abstract

Verfahren zur Wärmeregulierung einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeregulie­rung einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge mit einem Kühlmittelkreislauf und ansteuerbaren Einrichtungen zur Beeinflussung des Wärmehaushalts der Brennkraftmaschi­ne, wobei eine Kühlmitteltemperatur und weitere Be­triebsparameter der Brennkraftmaschine erfasst werden und die ansteuerbaren Einrichtungen in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur und der weiteren Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angesteuert werden. Erfindungsgemäss erfolgt eine Regelung der Kühlmittel­temperatur und/oder der weiteren Betriebsparameter in der Weise, dass ein Ausgangswert zur Bestimmung einer Stellgrösse mittels eines Grundkennfelds in Abhängigkeit der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine vorge­geben wird und dieser Ausgangswert mittels eines Reg­lers in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur und/oder der weiteren Betriebsparameter korrigiert wird. Verwendung z.B. für Wärmemanagement bei wirkungsgradop­timierten Direkteinspritzer-Dieselmotoren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeregulierung einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge mit einem Kühlmittelkreislauf und ansteuerbaren Einrichtungen zur Beeinflussung des Wärmehaushalts der Brennkraftmaschine, wobei eine Kühlmitteltemperatur und weitere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfasst werden und die ansteuerbaren Einrichtungen in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur und der weiteren Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angesteuert werden.
  • Aus der DE 32 31 766 A ist eine Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der unabhängig von der Laufruhe Steuergrößen variierbar sind, insbesondere der Gemisch- bzw. Luftdurchsatz im Ansaugrohr. Zusätzlich lässt sich die Zündung und die Gemischzusammensetzung beeinflussen, wobei letztere vorzugsweise während des Warmlaufs in Richtung fett verstellt wird. Minimale und maximale Leerlaufdrehzahlwerte dienen dazu, den Arbeitsbereich der Leerlaufdrehzahlregelung ausgehend von der Laufruhe einzuschränken.
  • Aus der EP A 0 152 604 ist ein Steuer- oder Regelverfahren für Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine bekannt. Es werden Kraftstoffeinspritzdüsen angesteuert und es erfolgt eine Regelung der Lambda-Werte. Das Kennfeld wird laufend korrigiert. Ziel ist eine Kennfeldanpassung, die auch Bereiche beeinflusst, die nicht oder nur selten angesteuert werden. Dazu können die Werte der Stützstellen des Kennfelds mit einem Regelverfahren geändert werden. Die im Kennfeld gespeicherten Werte werden geändert und die in der Umgebung des geänderten Kennfeldwertes liegenden Kennfeldwerte modifiziert.
  • Aus der DE 199 39 138 A1 ist ein Verfahren, gemäß Anspruch 1, 1. Teil, zur Temperaturregelung des Kühlmittels eines Verbrennungsmotors mittels einer elektrisch betriebenen Kühlmittelpumpe bekannt. Dabei wird eine elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe verwendet, deren Drehzahl die Kühlleistung regelt oder steuert.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 28 351 A1 ist ein Verfahren zur Wärmeregulierung einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge bekannt, bei dem zu einer Kühlmitteltemperatur eine Stegtemperatur zwischen den Auslassventilen sowie Leistungskennwerte der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden. Neben den Temperaturwerten selbst wird auch deren Veränderung pro Zeiteinheit erfasst. Als Leistungskennwert wird vorgeschlagen, die in einem Brennraum pro Zeiteinheit oder Arbeitszyklus eingebrachte Kraftstoffmenge zu berücksichtigen. Mittels des dort vorgeschlagenen Verfahrens wird die durch den Kühlmittelkreislauf abgeführte Wärmemenge über einen elektrisch ansteuerbaren Lüfter, elektrisch ansteuerbare Wasserpumpen, einen elektrisch ansteuerbaren Thermostat sowie eine elektrisch ansteuerbare Kühlerjalousie geregelt. In der Startphase einer Brennkraftmaschine werden mit steigender Temperatur bzw. zunehmenden Wärmeanfall zunächst die Wasserpumpen in Betrieb genommen und geregelt, woraufhin dann die Thermostate, die Kühlerjalousie und schließlich der Lüfter in Betrieb genommen und geregelt werden. Können mittels des Kühlmittelkreislaufs die Temperaturen der Brennkraftmaschine
  • Betrieb genommen und geregelt werden. Können mittels des Kühlmittelkreislaufs die Temperaturen der Brennkraftmaschine nicht beherrscht werden, ist vorgesehen, zur Sicherheit die Leistung der Brennkraftmaschine zu reduzieren.
  • Mit der Erfindung soll ein Verfahren zur Wärmeregulierung einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge angegeben werden, das mit geringen Änderungen für verschiedene Verbrennungsmotoren mit abweichenden Komponenten einsetzbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zur Wärmeregulierung einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge mit einem Kühlmittelkreislauf gemäss Anspruch 1 vorgesehen
  • Auf diese Weise ist eine Max-Verknüpfung der ermittelten Ausgangswerte bereitgestellt, indem lediglich der größere Ausgangswert in die Stellgröße umgesetzt wird. Durch eine solche Max-Verknüpfung wird eine Schnittstelle für eine Erweiterung der Regelungsstruktur geschaffen. Zusätzliche Funktionalitäten oder Anforderungen können an der Max-Verknüpfung eingespeist werden, ohne weitere Änderungen an der übrigen Regelungsstruktur zu erfordern. Beispielsweise können Anforderungen aus einer Klimasteuerung oder aus motorischen Belangen wegen einer Kühlung der Abgasrückführung oder einer Ladeluftkühlung dadurch berücksichtigt werden, dass anhand dieser Anforderungen ein Ausgangswert ermittelt, mit den übrigen Ausgangswerten verglichen und dann berücksichtigt wird, wenn er größer als die übrigen ermittelten Ausgangswerte ist.
  • Indem die Regelung über die Korrektur eines Grundkennfelds erfolgt, ist die Regelungsstruktur für unterschiedliche Anwendungen geeignet, da zur Anpassung an verschiedene Verbrennungsmotoren lediglich das Grundkennfeld oder der Korrekturregler verändert werden müssen. Dadurch können verschiedene Motoren unterschiedlichen Komponenten mit der gleichen Regelungsstruktur betrieben werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird bei der Bestimmung einer Stellgröße eine Hystereskennlinie angewendet.
  • Eine solche Hysteresekennlinie kann sowohl bei den Reglern als auch auf das Grundkennfeld angewendet werden, um vor allem in Übergangsbereichen, beispielsweise beim Einschalten der Kühlmittelpumpe, ein unkontrolliertes Schalten zu verhindern.
  • In Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Bestimmung von Sollwerten einer Kühlmitteltemperatur und einer Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine mittels Kennfeldern in Abhängigkeit einer Drehzahl und einer Einspritzmenge der Brennkraftmaschine.
  • Auf diese Weise können die Sollwerte für Kühlmittel- und Bauteiltemperatur betriebspunktabhängig vorgegeben werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Zustände des Systems aus Brennkraftmaschine und Kühlmittelkreislauf definiert, die jeweils unterschiedlichen Werten der Kühlmitteltemperatur und/oder der weiteren Betriebsparameter zugeordnet sind und in denen die ansteuerbaren Einrichtungen zur Regelung wenigstens der Kühlmitteltemperatur wenigstens teilweise unterschiedlich angesteuert werden.
  • Durch diese Maßnahmen kann eine übersichtliche Regelungsstruktur erreicht werden. Darüber hinaus können in den verschiedenen Zuständen unterschiedliche Regelcharakteristiken vorgesehen werden oder ansteuerbare Einrichtungen ohne jede Regelung auf Maximal- oder Nulldurchsatz gestellt werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird ein Wechsel in die verschiedenen Zustände durch Über- oder Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte eine Umgebungstemperatur, einer Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine, einer Kühlmitteltemperatur, einer Ladelufttemperatur und/oder eines Drucks eines Klimakompressors ausgelöst und in den einzelnen Zuständen werden zur Regelung einer Kühlmitteltemperatur und einer Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine Einstellungen einer Kühlmittelpumpe, einer Heizungspumpe, eines Mischventils zwischen einem Kühler- und einem Bypasskreis, einer Kühlerjalousie, eines Kühlerlüfters, eines Klimakompressors und/oder einer Einspritzanlage der Brennkraftmaschine verändert.
  • Durch diese Maßnahmen ist der jeweils aktuelle Zustand des Wärmehaushalts einer Brennkraftmaschine genau bekannt, und es kann schnell auf Veränderungen des Wärmehaushalts reagiert werden. Dadurch muss lediglich ein geringer Sicherheitsabstand von kritischen Bereichen der Brennkraftmaschine eingehalten werden, wodurch ein optimales Wärmemanagement erreicht werden kann. Auf diese Weise kann bei geringem Verbrauch, Verschleiß sowie geringer Emission ein guter Heiz- bzw. Klimakomfort erreicht werden.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Brennkraftma- schine für ein Fahrzeug zur Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 2
    eine Darstellung der Eingangs- und Ausgangsgrößen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 3
    eine detailliertere Darstellung der Bildung von Stellgrößen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und
    Fig. 4
    eine Darstellung der verschiedenen möglichen Zu- stände, die das System aus Brennkraftmaschine und Kühlmittelkreislauf einnehmen kann.
  • In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 dargestellt, der mit einem Kühlmittelkreislauf versehen und in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Mittels des in der Fig. 1 schematisch dargestellten Systems aus Verbrennungsmotor 10 und Kühlmittelkreislauf sowie den weiteren dargestellten Einrichtungen kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden. In dem dargestellten Kühlmittelkreislauf zirkuliert ein Kühlmittel, wobei eine Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf an verschiedenen Stellen jeweils durch einen Pfeil angedeutet ist. Ausgehend von einer Auslassöffnung 12 des Verbrennungsmotors 10 gelangt Kühlmittel zu einem steuerbaren Mischventil 14, das als Drehschieber ausgebildet ist. Das Mischventil 14 wird mittels eines Elektromotors 16 verstellt, der wiederum von einem zentralen Steuergerät 18 angesteuert wird. In der Darstellung der Fig. 1 ist eine Ansteuerung mittels pulsweitenmodulierter Signale (PWM) angedeutet. Mittels des Mischventils 14 wird der vom Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittelstrom über eine Bypassleitung 20 bzw. über einen Fahrzeugkühler 22 geleitet.
  • Stromabwärts des Fahrzeugkühlers 22 mündet die Bypassleitung 18 wieder in eine Hauptleitung 24, die zu einer Kühlmittelpumpe 26 führt. Die Kühlmittelpumpe 26 wird mechanisch vom Verbrennungsmotor 10 angetrieben und ist mit einer vom Steuergerät 18 ansteuerbaren Magnetkupplung 28 versehen. Mittels der Magnetkupplung 28 kann die Kühlmittelpumpe 26 auch bei laufendem Verbrennungsmotor 10 an- bzw. ausgeschaltet werden. Anstelle einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe könnte auch eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe zum Einsatz kommen. Ausgehend von der Kühlmittelpumpe 26 gelangt das Kühlmittel wieder in den Verbrennungsmotor 10.
  • Stromaufwärts des Mischventils 14 zweigt eine Heizungskreisleitung 30 von der, den Kühlmittelauslass 12 und das Mischventil 14 verbindenden Leitung ab. Die Heizungskreisleitung 30 führt zunächst zu einer Heizungspumpe 32, die mittels eines Elektromotors 34 angetrieben wird. Der Elektromotor 34 wird vom Steuergerät 18 mittels pulsweitenmodulierter Signale angesteuert. Stromabwärts der Heizungspumpe 32 führt die Heizungskreisleitung 30 zu einem Abgasrückführ-Wärmetauscher 36. Dem Abgasrückführ-Wärmetauscher 36 in Reihe nachgeschaltet ist ein Heizungs-Wärmetauscher 38. Ausgehend von dem Heizungs-Wärmetauscher 38 führt die Heizungskreisleitung 30 dann zu der Hauptleitung 24, die zur Kühlmittelpumpe 26 führt.
  • Der Fahrzeugkühler 22 ist mit einer Kühlerjalousie 40, die mittels eines Elektromotors 42 verstellt werden kann, sowie einem Lüfter 44 versehen, der mittels eines Elektromotors 46 angetrieben wird. Durch Ansteuerung der Elektromotoren 42 bzw. 46 kann mittels des Steuergeräts 18 eine Einstellung der Kühlerjalousie 40 bzw. eine Drehzahl des Lüfters 44 verändert werden.
  • Das zentrale Steuergerät 18 erhält Eingangssignale von einem Kühlmitteltemperatursensor 48 sowie einem Stegtemperatursensor 50 in dem Verbrennungsmotor 10. Der Kühlmitteltemperatursensor 48 misst eine Temperatur des Kühlmittels am Austritt 12 des Verbrennungsmotors 10 und der Stegtemperatursensor 50 misst eine Temperatur eines Materialbereichs zwischen den Auslassventilen des Verbrennungsmotors 10. Durch eine strichliert dargestellte Verbindung 52 ist ein Datenaustausch zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und dem zentralen Steuergerät 18 verdeutlicht. Mittels eines Datenaustauschs über die Verbindung 52 erhält das zentrale Steuergerät 18 Istwerte von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 10 gibt Stellgrößen für den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 vor, beispielsweise Einspritzmenge, Drosselklappenstellung, Zündzeitpunkt und dergleichen. Darüber hinaus erhält das zentrale Steuergerät 18 von einem Block 54 Eingangssignale, die Heizungs- und Klimaanforderungen betreffen. Wird beispielsweise vom Block 54 eine erhöhte Klimatisierungsleistung angefordert, kann das Steuergerät 18 einerseits eine Motorlast erhöhen und andererseits Maßnahmen treffen, um die dann erhöhte Wärmemenge über den Kühlmittelkreislauf abführen zu können.
  • Um eine bedarfsgerechte Motorkühlung zu ermöglichen, ist in das Steuergerät 18 eine Regelungsstruktur implementiert, mit der in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur sowie weiterer Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 10 das Mischventil 14, die Kühlmittelpumpe 26, die Heizungspumpe 32, die Kühlerjalousie 40, der Lüfter 44 und gegebenenfalls eine Einspritzanlage des Verbrennungsmotors 10 unterschiedlich angesteuert werden können. Hierzu sind mehrere Zustände des Systems aus Verbrennungsmotor 10 und Kühlmittelkreislauf definiert, in denen jeweils unterschiedliche Maßnahmen zur Regelung der Kühlmitteltemperatur bzw. der Stegtemperatur ergriffen werden.
  • Die in das Steuergerät 18 implementierte Regelungsstruktur ist dabei so aufgebaut, dass sie mit geringem Aufwand an unterschiedliche Verbrennungsmotoren 10 und/oder zusätzliche Anforderungen für den Betrieb angepasst werden kann. So werden in dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel die Anforderungen des Blocks 54 betreffend Heizungs- und Klimaanforderungen zusätzlich verarbeitet.
  • In der Darstellung der Fig. 2 ist das zentrale Steuergerät 18 schematisch dargestellt. Fig. 2 dient zur Verdeutlichung der dem Steuergerät 18 zur Verfügung stehenden Eingangsgrößen und der im Rahmen der Regelung Kühlmittel- und Bauteiltemperatur des Verbrennungsmotors 10 ausgegebenen Signale. Dem Steuergerät 18 werden eine Kühlmitteltemperatur TK von dem Kühlmitteltemperatursensor 48 und eine Bauteiltemperatur TB von dem Stegtemperatursensor 50 zugeführt. Darüber hinaus stehen dem Steuergerät 18 die aktuelle Motordrehzahl n sowie eine aktuelle Einspritzmenge me zur Verfügung. Die Regelung der Kühlmittel- und Bauteiltemperatur anhand dieser Eingangsgrößen TK, TB, n und me wird detailliert anhand der Fig. 3 erläutert.
  • Weiterhin stehen dem Steuergerät 18 als Eingangsgrößen eine Außenlufttemperatur TAL, eine Ladelufttemperatur TLL, eine Abgasrückführrate AGR, die bereits erwähnten Klimaanforderungen K, eine Fahrzeuggeschwindigkeit v sowie eine Fahrpedalstellung p zur Verfügung. Diese Eingangsgrößen werden dazu verwendet, einen Zustand des Systems aus Verbrennungsmotor 10 und Kühlmittelkreislauf zu bestimmen, wobei in den einzelnen Zuständen unterschiedliche Maßnahmen getroffen werden, um die Kühlmittel- und Bauteiltemperatur zu regeln. Nach Bestimmung des Systemszustands wird zur Regelung eine Kühlmittelvolumenstromanforderung bestimmt, die durch den Block 60 dargestellt ist. Die Volumenstromanforderung 60 wird in eine Stellgröße 62 für die Einstellung der Heizungspumpe 32 sowie eine Stellgröße 64 für die Einstellung der Kühlmittelpumpe 26 umgesetzt.
  • Darüber hinaus wird eine Drehschieberpositionierung 66 angefordert, die in eine Stellgröße 68 für die Einstellung des Mischventils 14 umgesetzt wird.
  • Schließlich wird eine Kühlluftmassenanforderung 70 bestimmt, die in eine Stellgröße 72 zur Ansteuerung der Kühlerjalousie 40 sowie in eine Stellgröße 74 zur Ansteuerung des Lüfters 44 gesetzt wird.
  • In der Darstellung der Fig. 3 ist die Bestimmung der Stellgrößen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren detaillierter dargestellt. Die Bestimmung einer Stellgröße wird anhand des Reglers für die Kühlmittelpumpe 26 beschrieben. Mittels eines Grundkennfelds 80 wird anhand der Eingangsgrößen Einspritzmenge me sowie Motordrehzahl n ein Grundwert für einen benötigten Volumenstrom des Kühlmittels ermittelt. Dieser Grundwert aus dem Block 80 wird an einen Block 82 übergeben, in dem auf diesen Grundwert eine Hysteresekennlinie angewendet wird, um in Übergangsbereichen ein unkontrolliertes Schalten zu verhindern. Am Ausgang des Blocks 82 steht somit eine Volumenstromanforderung zur Verfügung, die an die Verknüpfungseinheiten 84 und 86 übergeben wird. Mittels der Verknüpfungseinheiten wird der ermittelte Grundwert des Volumenstroms korrigiert. In der Verknüpfungseinheit 84 wird der Grundwert mittels eines Reglers korrigiert, der die Kühlmitteltemperatur TK als Führungsgröße verwendet und mittels der Verknüpfungseinheit 86 wird der Grundwert mittels eines Reglers korrigiert, der die Bauteiltemperatur TB als Führungsgröße verwendet.
  • Zur Ermittlung des Korrekturwerts wird durch einen Block 88 ein Sollwert TKsoll für die Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit der aktuellen Einspritzmenge me der aktuellen Motordrehzahl n vorgegeben. Der Sollwert TKsoll wird einer Verknüpfungseinheit 90 übergeben, der auch der aktuelle Istwert der Kühlmitteltemperatur TKIst vom Kühlmittelsensor 48 zur Verfügung steht und die aus diesen Werten eine Regeldifferenz ermittelt. Die so ermittelte Regeldifferenz wird an einen Block 92 übergeben, in dem auf die ermittelte Regeldifferenz eine Hysteresekennlinie angewendet wird. Vom Block 92 wird somit ein Korrekturwert für die Volumenstromanforderung an die Verknüpfungseinheit 84 übergeben und dort auf den zuvor ermittelten Grundwert aufaddiert.
  • In ähnlicher Weise wird zur Berücksichtigung der Bauteiltemperatur TB in einem Block 94 anhand eines Grundkennfelds unter Berücksichtigung der Einspritzmenge me sowie der Motordrehzahl n zunächst ein Sollwert TBSoll ermittelt und in einer Verknüpfungseinheit 96 aus einem Istwert TBisc und dem Sollwert TBSoll eine Regeldifferenz ermittelt. Auf die ermittelte Regeldifferenz wird im Block 98 eine Hysteresekennlinie angewendet, so dass vom Block 98 ein Korrekturwert für eine Volumenstromanforderung an die Verknüpfungseinheit 86 übergeben wird. Parallel zur Anwendung der Hysteresekennlinie in Block 98 wird im Block 100 eine zeitliche Veränderung der Bauteiltemperatur berücksichtigt, um eine zufriedenstellende Regelung der im Vergleich zur Kühlmitteltemperatur dynamischeren Bauteiltemperatur zu erreichen. Auch die vom Block 100 ausgegebene Volumenstromanforderung wird der Verknüpfungseinheit 86 zugeführt.
  • Sowohl die Volumenstromanforderung aus dem Block 84 als auch die Volumenstromanforderung aus dem Block 86 werden in einem Block 102 bzw. 104 daraufhin geprüft, ob sie einen maximal bzw. minimal applizierbaren Wert überschreiten und gegebenenfalls auf diese Werte beschränkt.
  • Von den Blöcken 102 und 104 werden die Volumenstromanforderungen daraufhin an eine Max-Verknüpfungseinheit 106 übergeben. In der Max-Verknüpfungseinheit 106 wird geprüft, welche der Volumenstromanforderungen vom Block 102 oder vom Block 104 größer ist, und lediglich die größere Volumenstromanforderung wird an einen Block 108 übergeben, in dem eine Umsetzungskennlinie auf die Volumenstromanforderung angewendet wird. Dadurch wird die Volumenstromanforderung in ein Ansteuersignal für die Kühlmittelpumpe 26 umgesetzt, das schließlich mittels einer Endstufe 110 verstärkt und an die Kühlmittelpumpe 26 weitergegeben wird.
  • Die Regelungsstruktur gemäß Fig. 3 ist in einfacher Weise veränderbar, um die Regelung auf verschiedene Verbrennungsmotoren und/oder verschiedene Zusatzeinrichtungen und Anforderungen abzustimmen. So kann zu Abstimmung auf unterschiedliche Verbrennungsmotoren beispielsweise das Grundkennfeld 80 verändert werden. Dadurch könnten auch ohne Veränderung der die Kühlmitteltemperatur TK bzw. die Bauteiltemperatur TB berücksichtigenden Regler grundlegend andere Volumenstromanforderungen erreicht werden. Die in der Fig. 3 dargestellte Regelungsstruktur, die in gleicher Weise für die Bestimmung von Stellgrößen für die Ansteuerung Mischventils 14, die Kühlerjalousie 40, den Lüfter 44, die Heizungskreislaufpumpe 32 sowie gegebenenfalls die Einspritzanlage des Verbrennungsmotors 10 verwendet werden kann, ist dadurch in einfacher Weise an verschiedene Motoren anpassbar.
  • Darüber hinaus können auch zusätzliche Anforderungen durch die in der Fig. 3 dargestellte Regelungsstruktur integriert werden. Hierzu schafft die Max-Verknüpfungseinheit 106 eine Schnittstelle, in die weitere Anforderungen eingespeist werden können. Durch die Max-Verknüpfung 106 erhält jeweils derjenige Regler den Durchgriff auf die Steller der Kühlmittelpumpe 26, der Heizungskreislaufpumpe 32, des Mischventils 14, des Lüfters 44 oder der Kühlerjalousie 40, der den größten Anforderungswert an die Max-Verknüpfungseinheit 106 übergibt. Weitere Anforderungen, beispielsweise aus einer Klimasteuerung oder aus einer in einem speziell Betriebspunkt erforderlichen Kühlung der Abgasrückführung, können somit in die Max-Verknüpfung 106 eingespeist werden, wodurch sichergestellt ist, dass diese Anforderungen bei der Bestimmung der Stellgrößen berücksichtigt werden.
  • Wie im Zusammenhang mit der Fig. 2 bereits erörtert wurde, bestimmt die zentrale Steuereinheit 18 anhand der ihr vorliegenden Eingangsgrößen welchen vorbestimmten Zustand das System aus Verbrennungsmotor 10 und Kühlmittelkreislauf gerade einnimmt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sieben Zustände vordefiniert, die das System aus Verbrennungsmotor 10 und Kühlmittelkreislauf einnehmen kann und in denen jeweils unterschiedliche Maßnahmen vorgesehen sind, um eine Regelung der Kühlmitteltemperatur und der Stegtemperatur zu erreichen.
  • Diese sieben möglichen Zustände oder Stufen bei der erfindungsgemäßen Wärmemanagementregelung werden anhand der Fig. 4 nachstehend beschrieben. Dabei zeigt die Übersicht der Fig. 4 in jeweils einer Spalte die Bedingungen dafür, dass ein bestimmter Zustand oder eine bestimmte Stufe eingenommen werden, sowie die in dem jeweiligen Zustand getroffenen Maßnahmen.
  • Ein erster Zustand entspricht einem Kaltstart, bei dem eine Bauteiltemperatur im Bereich von -20°C bis 120°C und eine Kühlmitteltemperatur am Austritt aus dem Verbrennungsmotor im Bereich von -20°C bis 80°C liegt. Eine Temperatur der Ladeluft nach einem Ladeluftkühler ist kleiner als 60°C und ein Druck eines Kältemittels in einem Klimatisierungskreislauf liegt unterhalb von 12 bar. Beispielsweise liegen niedrige Umgebungstemperaturen im Bereich von -20°C vor. In diesem ersten Zustand ist die Zielsetzung, den Warmlauf des Verbrennungsmotors 10 zu beschleunigen und möglich schnell eine akzeptable Innenraumtemperatur zu erreichen. Hierzu wird der durch die Heizungspumpe 32 fließende Volumenstrom mittels des Motors 34 über die zentrale Steuereinheit 18 geregelt. Dadurch werden auch der Abgasrückführ-Wärmetauscher 36 sowie der Heizungs-Wärmetauscher 38 durchströmt, so dass eine rasche Erwärmung des Innenraums erwartet werden kann. Die Magnetkupplung 28 der Kühlmittelpumpe 26 ist entkoppelt, so dass die Kühlmittelpumpe 26 lediglich passiv durchströmt wird aber nicht selbst zur Förderung eines Volumenstroms beiträgt. Das Mischventil 14 ist im ersten Zustand so eingestellt, dass die Bypassleitung 18 vollständig geöffnet ist und die zum Kühler 22 führende Leitung vollständig geschlossen ist. Die Kühlerjalousie 40 ist vollständig geschlossen, der Lüfter 44 ausgeschaltet und auch ein Klimakompressor ist ausgeschaltet. Ein sogenannter Kochschutz, bei dessen Anwendung die Leistung des Verbrennungsmotors reduziert wird, um die anfallende Wärmemenge zu reduzieren, ist ausgeschaltet.
  • In einem zweiten Zustand, der wie der erste Zustand einem Warmlauf des Verbrennungsmotors zugeordnet ist und in dem eine Heizung des Innenraums erfolgen soll, ist das Kühlwasser sowie der Steg zwischen den Auslassventilen bereits erwärmt. Im einzelnen wird der Zustand des Systems vom Steuergerät 18 in den zweiten Zustand eingeordnet, wenn tiefe Umgebungstemperaturen, beispielsweise -20°C, eine Stegtemperatur im Bereich von 120°C bis 160°C, eine Temperatur am Kühlwasseraustritt 12 im Bereich von 80°C bis 90°C, eine Ladelufttemperatur nach dem Ladeluftkühler kleiner als 60°C und ein Kältemitteldruck von weniger als 12 bar vorliegen. In diesem zweiten Zustand ist, um den Innenraum möglichst schnell aufzuheizen, die Heizungspumpe 32 eingeschaltet und liefert 100% des möglichen Volumenstroms. Dadurch werden der Abgasrückführkühler 36 und der Heizungswärmetauscher 38 maximal durchströmt. Die Kühlmittelpumpe 26 wird durch wahlweises Ein- oder Ausschalten der Magnetkupplung zu- oder abgeschaltet. Dies erfolgt in Abhängigkeit der Kühlmittel- bzw. Stegtemperatur. Das Mischventil 14 ist im zweiten Zustand so eingestellt, dass die Bypassleitung 18 voll geöffnet und die zum Kühler 22 führende Leitung vollständig geschlossen ist. Die Kühlerjalousie 44 sowie gegebenenfalls weitere Jalousien vor dem Ladeluftkühler und einem Kondensator sind geschlossen. Der E-lektrolüfter 44, der Klimakompressor und der Kochschutz sind ausgeschaltet.
  • Ein Wechsel in einen dritten Zustand erfolgt dann, wenn der Verbrennungsmotor bereits betriebswarm ist und sich die Stegtemperatur und die Kühlmitteltemperatur im Sollbereich bewegen. Im dritten Zustand ist weiterhin eine Heizung im Fahrzeuginnenraum erforderlich. Im einzelnen nimmt das System den dritten Zustand ein, wenn tiefe Umgebungstemperaturen, beispielsweise -20°C, eine Stegtemperatur im Bereich von 140°C bis 180°C, eine Kühlmitteltemperatur am Austritt 12 im Bereich von 90°C bis 95°C, eine Ladelufttemperatur von weniger als 60°C und ein Kältemitteldruck von weniger als 12 bar vorliegen. In diesem dritten Zustand ist die Heizungspumpe 32 eingeschaltet und liefert 100% ihres möglichen Volumenstroms. Die Kühlmittelpumpe 26 ist zugeschaltet, da die Magnetkupplung 28 unbestromt ist. Das Mischventil 14 wird im Regelbetrieb gefahren und leitet infolgedessen den Kühlmittelstrom in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur am Kühlmittelsensor 48 und der Stegtemperatur am Bauteilsensor 50 durch die Bypassleitung 18 und/oder zum Kühler 22. Da das Mischventil 14 als Drehschieber ausgebildet ist, kann jede Verteilung des Kühlmittels auf die Bypassleitung 18 und den Kühler 22 im Regelbetrieb stufenlos eingestellt werden. Wie in den Zuständen eins und zwei sind die Kühlerjalousie 40 sowie gegebenenfalls weitere Jalousien geschlossen, der Lüfter 44, der Klimakompressor sowie ein Kochschutz sind ausgeschaltet.
  • Bei weiterer Erwärmung des Verbrennungsmotors 10 wird in einen vierten Zustand gewechselt, in dem die Betriebstemperaturen bereits am oberen Rand des Sollbereichs liegen. Auch in diesem vierten Zustand muss aufgrund tiefer Umgebungstemperaturen eine Heizung des Fahrzeuginnenraums erfolgen. Im einzelnen ist der vierte Zustand durch eine Stegtemperatur im Bereich von 160° bis 200°C, eine Kühlmitteltemperatur von 95°C bis 100°C, eine Ladelufttemperatur nach dem Ladeluftkühler von mehr als 60°C und einen Kältemitteldruck von weniger als 12 bar gekennzeichnet. In diesem vierten Zustand ist die Heizungspumpe 32 eingeschaltet und liefert 100% ihres möglichen Volumenstroms. Die Kühlmittelpumpe 26 ist, da die Magnetkupplung 28 unbestromt ist, zugeschaltet. Das Mischventil 14 nimmt eine Endstellung ein, verschließt die Bypassleitung 18 vollständig und leitet den Kühlmittelstrom vollständig zum Fahrzeugkühler 22. Die Kühlerjalousie 40 sowie gegebenenfalls weitere Jalousien werden in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur und der Stegtemperatur geregelt. Der Lüfter 44, der Klimakompressor und der Kochschutz sind ausgeschaltet.
  • Das System wechselt in einen fünften Zustand, wenn höhere Umgebungstemperaturen, beispielsweise um 20°C, vorliegen, so dass keine Heizung im Fahrzeuginnenraum mehr erforderlich ist aber auch noch keine Klimatisierung nötig ist. Der fünfte Zustand ist im einzelnen durch Stegtemperaturen im Bereich von 160°C bis 200°C, Kühlmitteltemperaturen zwischen 100°C und 115°C, Ladelufttemperaturen von mehr als 60°C und einen Kältemitteldruck von weniger als 12 bar gekennzeichnet. Im fünften Zustand ist die Heizungspumpe 32 ausgeschaltet, die Kühlmittelpumpe 26 ist zugeschaltet und das Mischventil 14 verschließt die Bypassleitung 18 und leitet den Kühlmittelstrom vollständig zum Kühler 22. Die Kühlerjalousie 40 sowie gegebenenfalls weitere Jalousien vor dem Ladeluftkühler und dem Kondensator sind vollständig geöffnet. Der Lüfter 44 wird in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur und der Stegtemperatur geregelt. Der Klimakompressor und der Kochschutz sind ausgeschaltet.
  • Bei einem weiterem Anstieg der Umgebungstemperaturen wird eine Klimatisierung des Innenraums erforderlich und das System wechselt in einen sechsten Zustand. Im einzelnen ist der sechste Zustand durch Umgebungstemperaturen im Bereich von 20°C bis 30°C, Stegtemperaturen im Bereich von 160°C bis 200°C, Kühlmitteltemperaturen im Bereich von 100°C bis 115°C, Ladelufttemperaturen von mehr als 60°C und einen Kältemitteldruck im Bereich von 12 bar bis 20 bar gekennzeichnet. In diesem Zustand versucht das System noch alle Anforderungen bezüglich Motorleistung und Klimaleistung zu erfüllen und mobilisiert alle Reserven, die zur Wärmeabfuhr von dem Verbrennungsmotor 10 zur Verfügung stehen. Die Heizungspumpe 32 ist ausgeschaltet, die Kühlmittelpumpe 26 dahingegen wird zugeschaltet. Das Mischventil 14 hält die Bypassleitung 18 weiterhin verschlossen und leitet den Kühlmittelstrom vollständig zum Kühler 22. Die Kühlerjalousie 40 sowie gegebenenfalls weitere Jalousien sind vollständig geöffnet. Der Lüfter 44 läuft mit maximaler Leistung und ermöglicht dadurch einen maximalen Luftdurchsatz durch den Kühler 22. Der Klimakompressor wird in Abhängigkeit der gewünschten Innenraumtemperatur geregelt. Der Kochschutz ist ausgeschaltet.
  • Bei einem weiteren Anstieg der Umgebungstemperaturen und/oder ungünstigen Randbedingungen, wie hohe Motorleistung und geringer Fahrgeschwindigkeit, können die Betriebstemperaturen des Motors weiter und in den kritischen Bereich steigen. In diesem siebten Zustand müssen somit Maßnahmen getroffen werden, um den Verbrennungsmotor 10 vor thermischen Schäden zu bewahren. Im einzelnen ist der siebte Zustand durch eine hohe Umgebungstemperatur, beispielsweise zwischen 30°C und 35°C, eine Stegtemperatur im Bereich 160°C bis 200°C, eine Kühlmitteltemperatur im kritischen Bereich von mehr als 115°C, eine Ladelufttemperatur von mehr als 60°C und einen Kältemitteldruck von mehr als 20 bar gekennzeichnet. Sämtliche Reserven zur Wärmeabfuhr sind mobilisiert und die Heizungspumpe 32 ist ausgeschaltet, die Kühlmittelpumpe 26 zugeschaltet, das Mischventil verschließt die Bypassleitung 18 vollständig und leitete den Kühlmittelstrom vollständig zum Kühler 22, die Kühlerjalousie 40 sowie gegebenenfalls weitere Jalousien sind vollständig geöffnet und der Lüfter 44 läuft mit maximaler Leistung. Um einen weiteren Temperaturanstieg zu verhindern, wird der Klimakompressor mit reduzierter Leistung gefahren und gleichzeitig wird über den Kochschutz eine reduzierte Motorleistung eingestellt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Einspritzmenge reduziert wird. Sinken die Betriebstemperaturen ab, kann das System wieder in den sechsten Zustand wechseln und die volle Motor- und Klimaleistung steht wieder zur Verfügung.
  • Sind nicht alle Randbedingungen für eine bestimmte Stufe oder einen bestimmten Zustand erfüllt, kann eine Priorisierung dahingehend erfolgen, dass das System einen bestimmten Zustand einnimmt, wenn ausgewählte Betriebsparameter innerhalb eines für diesen Zustand definierten Bereichs liegen.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Wärmeregulierung eines Systems aus Brennkraftmaschine und Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeugs mit ansteuerbaren Einrichtungen des Kühlmittelkreislaufs, wobei eine Kühlmitteltemperatur und weitere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (10) erfasst werden und die ansteuerbaren Einrichtungen (14, 26, 32, 40, 44) in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur und der weiteren Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (10) angesteuert werden, wobei
    eine Regelung der Kühlmitteltemperatur in der Weise erfolgt, dass ein Ausgangswert zur Bestimmung einer Stellgröße mittels eines Grundkennfelds (80) in Abhängigkeit der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine vorgegeben wird und dieser Ausgangswert mittels eines Reglers in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur und/oder der weiteren Betriebsparameter korrigiert wird dadurch gekennzeichnet, dass anhand von wenigstens zwei verschiedenen Führungsgrößen (TK, TB) wenigstens zwei Ausgangswerte zur Bestimmung einer Stellgröße für die ansteuerbaren Einrichtungen (14, 26, 32, 40, 44) ermittelt werden, die wenigstens zwei Ausgangswerte verglichen werden und der größere Ausgangswert in die Stellgröße umgesetzt und an die ansteuerbaren Einrichtungen (14, 26, 32, 40, 44) übergeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Regelung der Kühlmitteltemperatur und der weiteren Betriebsparameter in der Weise erfolgt, dass ein Ausgangswert zur Bestimmung einer Stellgröße mittels eines Grundkennfelds (80) in Abhängigkeit der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine vorgegeben wird und dieser Ausgangswert mittels eines Reglers in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur und/oder der weiteren Betriebsparameter korrigiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei der Bestimmung einer Stellgröße eine Hysteresekennlinie (82, 92, 98) angewendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Bestimmung von Sollwerten einer Kühlmitteltemperatur (TKsoll) und einer Bauteiltemperatur (TBsoll) der Brennkraftmaschine (10) mittels Kennfeldern (88, 94) in Abhängigkeit einer Drehzahl und einer Einspritzmenge der Brennkraftmaschine (10) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mehrere Zustände des Systems aus Brennkraftmaschine (10) und Kühlmittelkreislauf definiert sind, die jeweils unterschiedlichen Werten der Kühlmitteltemperatur und/oder der weiteren Betriebsparameter zugeordnet sind und in denen die ansteuerbaren Einrichtungen (14, 26, 32, 40, 44) zur Regelung wenigstens der Kühlmitteltemperatur wenigstens teilweise unterschiedlich angesteuert werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel in die verschiedenen Zustände durch Über- oder Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte einer Umgebungstemperatur, einer Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine, einer Kühlmitteltemperatur, einer Ladelufttemperatur und/oder eines Drucks eines Klimakompressors ausgelöst wird und in den einzelnen Zuständen zur Regelung einer Kühlmitteltemperatur und einer Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine (10) die Einstellungen einer Kühlmittelpumpe (26), einer Heizungspumpe (32), eines Mischventils (14) zwischen einem Kühler- und einem Bypasskreis, einer Kühlerjalousie (40), eines Kühlerlüfters (44), eines Klimakompressors und/oder einer Einspritzanlage der Brennkraftmaschine (10) verändert werden.
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