KR101346152B1

KR101346152B1 - 내연기관에 대한 냉각수 펌프를 진단하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101346152B1
Application number: KR1020107029422A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 에저; 슈테판 세이프퍼쓰
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2013-12-31
Also published as: DE102008032130B4; DE102008032130A1; WO2010003754A1; KR20110014233A; US20110098883A1; CN102076937A; US8224517B2

Abstract

내연기관의 폐쇄 냉각 회로에서 냉각수(10)를 순환시키기 위해, 내연기관(10)의 작동 상태와 독립적으로 구동되거나 구동되지 않을 수 있는 냉각수 펌프(11)를 진단하기 위해, 내연기관(10)의 냉각수 온도(TCO)를 나타내는 값 및 내연기관(10)의 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값 모두 내연 기관(10)의 콜드 스타트가 감지된 이후 미리 결정된 시간(t2)에서 결정되고 상기 값들이 후속적으로 서로 비교된다. 냉각수 펌프(11)가 상기 비교의 결과에 따라 그 기능성에 대해 평가된다. 이러한 방법으로, 결함이 있는 냉각수 펌프는 내연기관의 콜드 스타트 이후 매우 조기 단계에서 감지될 수 있다.

Description

내연기관에 대한 냉각수 펌프를 진단하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE DIAGNOSIS OF A COOLANT PUMP FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 폐쇄 냉각 회로에서 냉각수를 순환의 목적으로 제공되며 내연기관의 작동 상태와 독립적으로 활성화되고 비활성화될 수 있는 냉각수 펌프를 진단하는 방법에 관한 것이다.

2000℃ 이상의 피크 온도가 내연기관의 연소실에서 연료-공기 혼합물의 연소하는 동안 발생할 수 있다. 냉각 수단은 실린더 헤드, 밸브들, 스파크 플러그들, 분사 밸브들, 실린더들, 피스톤들, 피스톤 링들, 가스켓들, 등에 사용되는 소재의 열 과부하를 방지하기 위해 필요하다. 냉각 유체에 의한 냉각하는 강제 순환은 이러한 목적을 위해 널리 확립되었다. 이러한 시스템에서 실린더 및 실린더 헤드는 이중 벽으로서 구현된다. 그 사이 공간은 냉각 액체로 가득 차 있으며, 냉각수 회로(coolant circuit)가 생성되는 방법으로 구현된다. 물, 부동액(antifreezing agent) 및 특정 상황에 대해 특정된 억제제의 혼합물은 냉각 유체로 사용된다.

이러한 기존의 냉각 시스템은 일반적으로 이동하는 견인 장치(traction mechanism), 예를 들어 팬 벨트, 및 팽창 소재 서모스탯에 의해 직접 또는 간접적으로 내연기관에 의해 구동되는 냉각 펌프를 포함한다. 따라서 냉각수 펌프는 엔진의 회전 속도에 따라 작동되며 냉각수의 적절한 유동은 내연기관의 모든 작동 상태에 이용할 수 있게 만들어지는 방식으로 구성된다. 냉각수 온도는 냉각수 온도, 및 이에 따라 좁은 한계들 내에서 일정하게 유지되는 내연기관 온도를 유지하기 위해 조절된다. 이러한 목적을 위해 냉각수 온도가 감소되면 냉각수의 증가된 유동이 라디에이터를 지나 흐르도록 하는 밸브를 구동하는 온도-종속 팽창 소재 제어기가 제공된다. 팽창 소재 제어기 및 밸브는 구조적 유닛을 형성하며 일반적으로 라디에이터 서모스탯으로서 지칭된다.

내연기관의 냉각 작동 상태로부터 시작으로, 라디에이터 서모스탯이 초기에 폐쇄되고 냉각수의 순환이 내연기관의 바이패스 회로에서 전적으로 발생한다. 이것은 "소형 냉각 회로(small cooling circuit)"로서 지칭된다. 특정 냉각수 온도이상에서 라디에이터의 서모스탯이 개방되고 냉각수의 유동이 라이에이터로 수행되고, 공기 흐름 및/또는 라이에이터 팬으로 인해 거기서 아래로 냉각되어, 내연기관에 다시 되돌아 수행된다. 이것은 또한 "대형 냉각 회로(large cooling circuit)"이라고도 한다

DE 102 26 928 A1은 냉각수가 폐쇄 냉각 회로 내에서 냉각수 펌프에 의해 필요한 만큼 순환되는 액체 냉각 내연기관을 작동시키기 위한 방법을 개시한다. 내연기관의 온도를 특성화하는 변수에 따라, 냉각수 볼륨의 유동은 내연기관의 냉각수 입구 및 냉각수 출구를 연결하는 제 1 냉각수 회로로부터 내연기관의 라디에이터를 포함하는 제 2 냉각수 회로까지 구동 엘리멘트에 의해 스위칭 오버된다. 내연기관의 냉각수 출구에서 냉각수 볼륨 유동은 제 1 냉각수 회로에서 제 1 냉각수 볼륨 유동 내로 그리고 적어도 하나의 오일 냉각수 열 교환기를 포함하는 바이패스로의 제2 냉각수 내로 분리될 수 있다. 이것은 내연기관의 콜드 스타트(cold start)가 감지된 이후 구동 엘리먼트가 냉각수 볼륨 유동이 오일 냉각수 열 교환기를 포함하는 바이패스를 통해 전적으로 채널연결되어서, 엔진 오일 및/또는 트랜스미션 오일 및/또는 유압 오일과 같은 윤활유의 빠른 가열을 가져오는 방식으로 제어될 수 있다는 것을 의미한다.

내연기관의 콜드 스타트(cold start) 조건으로부터 시작하여, 초기에 냉각수의 어떤 순환도 발생하지 않고, 내연기관의 냉각 재킷에 포함된 상대적으로 소형 냉각수 볼륨의 매우 빠른 가열을 가져온다면 내연기관의 특히 빠른 워밍업이, 그리고 윤활유들의 그러한 결과로, 달성된다. 이것은 예를 들어 적당한 냉각수 혼합 밸브에 의해, 또는 스위칭 가능한 커플링의 설비에 의해, 내연기관에 의해 기계적으로 구동된 냉각수 펌프의 경우에서 달성될 수 있다. 전기적 구동 냉각수 펌프를 갖는 냉각 시스템에서 냉각 회로는 냉각수 펌프의 전기 모터를 스위칭 오프하여 간단한 방식으로 중단될 수 있다. 이 경우에는 냉각수가 더 이상 순환하지 않기 때문에, 그것은 "스탠딩 냉각(standing coolant)"이라고도 한다.

이러한 목적을 위해 내연기관의 이러한 작동 포인트에서 스위칭 오프되는 전기적으로 구동된 냉각수 펌프를 사용하는 것이 DE 102 26 928 A1에 제안된다. 이렇게 달성된 워밍업 시간의 최소화 및 더 높은 온도에서 낮은 오일 점성으로 인한 감소된 마찰의 결과로서, 연료 소모는 더 낮아지고 더 바람직한 방출 특성이 추가로 준수될 수 있다.

이러한 접근으로 발생하는 문제는 냉각수 온도 센서들이 일반적으로 내연기관의 외측에, 실린더 헤드의 냉각수 출구에 대개 라인으로 배치하고, 그 결과로서 내연기관의 열 작동 상태에 관계되는, 특히 실린더 헤드에서 지배적인 온도에 관계된 안정한 신호들을 더 이상 공급할 수 없다는 사실이 남는다. 그럼에도 불구하고 내연기관의 온도에 대한 정확한 값을 획득하기 위해, 냉각수 펌프가 비활성화될 때에도, 내연기관의 실린더 헤드에 또는 그 안에 배치된 온도 센서의 신호에 내연기관의 워밍업 단계에서 적어도 재과정(recourse)이 이루어진다.

따라서 냉각수 펌프의 작동 또는 일어날 수 있는 경우로서 비-작동이 한편으로 내연기관의 워밍업 행동, 및 방출 특성 양쪽에 영향을 갖기 때문에, 다른 한편으로 특히 콜드 스타트의 시간에서, 펌프는 정확하게 작동하는 것을 확인하게 위해 모니터링되어야 한다. 결함이 있거나 비활성화된 냉각수 펌프는 내연기관의 용납할수 없는 과열을 초래할 수 있는 반면, 내연기관의 콜드 스타트의 시간에 항상 작동하는 냉각수 펌프는 증가된 오염물질의 방출을 가져올 수 있다.

본 발명의 근간이 되는 목적은 결함들이 간단한 방식으로 감지될 수 있는 서두에서 인용된 타입의 내연기관에 대한 냉각수 펌프를 진단하기 위한 방법 및 장치를 개시하는 것이다.

이러한 목적은 독립항들에 특징화되는 발명에 의해 달성된다.

본 발명은 내연기관의 폐쇄 냉각 회로에서 냉각수를 순환시키기 위해 제공되고 내연기관의 작동 상태와 별도록 활성화되고 비활성화될 수 있는 냉각수 펌프를 진단하기 위해 일반적인 기술적 교시를 포함하고, 내연기관의 냉각수 온도를 나타내는 값 및 내연기관의 실린더 헤드 온도를 나타내는 값 모두는 내연기관의 콜드 스타트가 감지된 후에 미리 정해진 시점(time instant)에서 결정되고 상기 값들이 후속적으로 서로 비교되고, 냉각수 펌프는 비교의 결과에 따라 작동 일체성(operational integrity)의 측면에서 평가된다.

내연 기관, 즉 실린더 헤드 온도의 콜드 스타트의 시간에 승온을 나타내는 추가적인 값을 이끌어내는 것에 의해, 그리고 냉각수 온도에 대해 상기 신호를 유효성-체크하는 것에 의해, 간단하고 비용-효율적인 방식으로 내연기관의 냉각수 펌프의 작동적 무결성(operational integrity)을 평가하는 것이 가능하다.

내연기관의 콜드 스타트 이후 발생하는 온도에 대한 질의(interrogation) 시간의 적절한 선택에 의해 상이한 결함 원인들 사이를 구별하는 것이 가능하다.

미리 결정된 시간 간격이 내연기관의 콜드 스타트로부터 경과된 이후에만 냉각수 펌프가 활성화되고 추가적으로 미리 결정된 시간 간격이 경과된 후에 상기 온도 값들이 결정되고 비교된다면, 냉각수 펌프가 정상적으로 작동하는지 또는 활성화되었음에도 불구하고 냉각수를 순환시키지 않는지를 간단한 방식으로 확인하는 것이 가능하고, 왜냐하면 예를 들어 펌프 휠과 펌프 샤프트 사이에 어떠한 논-포지티브 또는 포지티브 연결도 없거나 일부 다른 기계적 결함이 존재하기 때문이다. 이후 온도 질의들의 이러한 시간에서 2 개의 온도 값들 사이에 상당한 차이가 있다. 이러한 결함이 발견된 후에 예를 들어 회전 속도 또는 부하를 제한하는 것과 같이 적절한 비상 조치들이 시작될 수 있어서 내연기관의 과열을 방지한다.

미리 결정된 시간 간격이 내연기관의 콜드 스타트로부터 경과된 이후에만 냉각수 펌프가 활성화되고 온도 값들이 이 시간에 이미 결정되고 비교된다면, 냉각기 펌프가 정상적으로 작동하고 있는지 또는 냉각수 펌프가 내연기관의 콜드 스타트의 시간으로부터 이미 스위치 온되었는지 비교의 결과를 기초로 확인될 수 있고 더이상 비활성화될 수 없다. 이후 온도 질의들의 이러한 시간에서 2 개의 온도 값들 사이에 충분하지 않은 차이가 있다.

냉각수 펌프의 정상적인 작동을 위한 간단한 표시기는 각 경우에서 2 개의 온도 값들의 비교의 결과가 미리 정해진 한계들에 의해 한정된 허용오차 범위 내에 놓이는지를 결정하기 위한 체크가 수행되었는지로 얻을 수 있고, 비교의 결과가 허용오차 범위 밖에 놓인다면 결함이 있는 것으로 평가된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 허용오차 범위 밖에 놓이는 비교 결과의 횟수를 카운팅하는 빈도 카운터가 활성화되고 상기 횟수가 미리 결정된 최대 허용가능한 빈도를 초과할 때에만 냉각수 펌프 또는 냉각수 펌프 제어기가 결함이 있는 것으로 평가된다. 이것은 오직 재현 가능하게 발생하는 결함 이벤트들이 또한 실제로 유입된다는 장점을 갖고, 이는 강인성 시스템(robust system)이 된다.

두 온도 값들 사이의 차이가 특정 시간들에서 형성되고 따라서 획득된 상기 값이 각각의 허용오차 범위 내에 있는지를 결정하기 위해 체크된다면 상기 비교가 특히 용이하게 수행될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 허용오차 범위들의 한계들 및 시간 간격들은 내연기관을 위한 시험 작업대 상에서 실험적으로 결정된다. 따라서 냉각수 펌프의 작동 용량을 평가하는 기준은 간단한 방식으로 얻어진다.

내연기관의 폐쇄 냉각 회로에서 냉각수를 순환시키기 위해 제공되고 내연기관의 작동 상태와 독립적으로 활성화되고 비활성화될 수 있는 냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치는 다음을 포함한다:

- 냉각수 온도를 나타내는 값을 결정하기 위한 설비,

- 실린더 헤드 온도를 나타내는 값을 결정하기 위한 시설,

- 상기 2 개 값들을 비교하기 위한 비교기 설비,

- 상기 비교기 설비의 결과에 따라 작동 무결성의 측면에서 냉각수 펌프를 평가하는 평가 설비, 및

- 결함 있는 냉각수 펌프의 경우 결함 코드를 저장하기 위한 결함 메모리 및 경고 메세지를 출력하기 위한 결함 표시 장치중 하나 이상을 갖는 결함 관리 설비.

이로부터 얻어지는 장점들에 대해, 독립항의 방법에 대해 이루어진 내용을 참조한다.

냉각수 온도를 나타내는 값을 결정하기 위한 설비가 온도 센서를 포함하고 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값을 결정하기 위한 설비가 온도 센서를 포함하면 2 개의 온도 값들이 특히 용이하게 얻어질 수 있다.

바람직한 전개예에 따라, 냉각수 온도를 나타내는 값을 결정하기 위한 설비 및 실린더 헤드 온도를 나타내는 값을 결정하기 위한 설비가 각 경우에서 내연기관의 작동 변수들로부터 상기 온도들을 계산하는 모델을 각각 포함한다. 이러한 경우에서 센서들이 없을 수 있기 때문에 이것은 특히 비용 효율적인 장치가 된다.

본 발명의 다른 바람직한 전개예는 종속항 들에서 나타나고 및/또는 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 예시적 실시예의 발명의 상세한 설명과 관련하여 하기에 더 상세하게 설명된다.

도 1은 내연기관의 냉각수 회로의 개략도이고,
도 2는 현재 작동 냉각수 펌프에서 냉각수 온도 및 실린더 헤드 온도의 시간 특성을 도시하고, 및
도 3 및 도 4는 현재 작동하지 않는 냉각수 펌프에서 냉각수 온도 및 실린더 헤드 온도의 특성을 도시한다.

도 1은 도면 번호 10에 의해 전체로 식별되는 내연기관을 도시한다. 이것은 스파크 점화 내연 기관이나 디젤 내연 기관으로서 또는 하이브리드 드라이브를 갖는 내연기관으로서 구현될 수 있고, 본 발명의 이해에 필요한 유일한 구성요소들이 도시된다. 그것은 적어도 하나의 실린더를 포함한다. 도시된 예시에서 내연기관(10)은 4개의 실린더들(13)을 갖는다. 연료의 연소를 위해 요구되는 새로운 공기는 오직 개략적으로 표시된 엔진 공기 흡입구(30)를 통해 공급된다. 연료는 예를 들어 연소 챔버 또는 연소 챔버들내로 직접(직접 연료 분사) 또는 하나 이상의 흡입 파이프들 내로 분사(흡기 매니폴드 연료 분사)에 의해 분배될 수 있다. 연소 프로세스에서 생성된 배기 가스는 마찬가지로 간략하게 구조에만 표시된 배기 시스템(31)에 의해 배출된다. 배기 가스를 세정하기 위해, 관련된 배기 가스 센서들 및 적어도 하나의 배기 소음기를 갖는 하나 이상의 배기 가스 촉매 변환기들이 바람직하게 배기 시스템(31)에 배치된다. 공기 필터, 질량 공기 유량계 형태의 하나 이상의 하중 센서들(load sensors) 또는 흡입 파이프 압력 센서, 관련 센세들을 갖는 스로틀 밸브, 흡읍 공기 온도 센서, 및 내연기관을 제어하기 위해 필요한 추가적 센서들이 엔진 공기 흡입구(30)에 예를 들어 일반적인 방식으로 제공된다. 내연 기관은 흡입 공기를 압축하기 위한 설비(전기 또는 기계적 압축기, 배기 가스 터보차저)를 또한 구비할 수 있다.

내연 기관(10)은 냉각 시스템을 추가로 가지며, 본 발명의 이해에 필요한 다시 유일한 구성요소들이 도시된다. 특히 자동차의 내부를 가열하기 위해 기능하는 난방 열 교환기, 냉각수 익스팬션 탱크, 및 관련 분기 라인을 함께 갖는 오일 냉각수 열 교환기가 내연기관의 냉각 시스템의 도시로부터 생략된다. 냉각수 회로 내부의 냉각수 볼륨 유동의 경로는 각 경우에서 화살표에 의해 지시된다.

내연 기관(10)의 냉각수 회로가 도시된 전형적인 실시예에서 전기 구동 냉각 펌프로 구체화된 냉각수 펌프(11)를 갖는다. 특히 상기 냉각수 펌프는 또한 예를 들어 그 출력 용량의 견지에서 제어되거나 조정될 수 있는 펌프로서 및/또는 그 전달 방향의 측면에서 가역일 수 있는 펌프로서 구현될 수 있다. 또 다른 실시예에서 냉각수 펌프(11)는 또한 구동 수단(34)에 의해 내연기관에 의해 기계적으로 고동되는 펌프로서 구현될 수 있다. 이 경우에서 내연기관의 특정한 작동 범위들에서 특히 내연기관의 콜드 스타트의 시간에서, 상기 냉각수 펌프가 드라이브로부터, 예를 들어 기계적 또는 전기적으로 구동되는 것이 요구되는 클러치에 의해 또는 기계적 또는 전기적 스위칭 설비(33)에 의해 또는 내연기관과 냉각수 펌프 사이에 연결된 트랜스미션의 중립 위치를 선택하는 것에 의해(도 1에서 점선으로 도시된 바와 같이) 디커플링될 수 있다는 것이 단지 보장되어야 한다.

내연 기관(10)은 실린더들(13) 주위에 냉각 재킷(미도시)을 가지며 및 냉각수 펌프(11)는 실린더들(13) 주위에 냉각 재킷 내로 냉각수를 전달하며, 냉각수는 관통구(through-hole)들에 의해 실린더 헤드에 도달한다. 한 줄(15)이 연결되는 냉각수 출구(14)가 내연 기관(10)의 실린더 헤드에서 제공된다. 라인(15)은 냉각수 펌프(11)의 포트(더 상세하게 지정되지 않음)로 안내한다. 냉각수 펌프(11)의 다른 포트는 라디에이터(18)의 냉각수 입구(17)에 라인(16)에 의해 안내된다. 라디에이터(18)에서, 내연기관(10)에서 발생되는 폐열(waste heat)은 냉각수에 의해 환경에 배출된다. 바람직하게 전기적으로 구동되는 적어도 하나의 팬(19)은 자동차의 저속에서도 높은 냉각 용량을 발생시키기 위해 추가로 제공된다. 팬(19)의 구동은 전형적으로 온도에 따라 제어되거나 조절된다.

라디에이터(18)의 냉각수 출구(20)는 구동 엘리먼트(12)의 입구(I)에 라인(21)에 의해 연결된다. 구동 엘리먼트(12)의 입구(II)로 안내되는 바이패스 라인(22)에 대한 접합은 라디에이터(18)의 냉각수 입구(17)에 냉각수 펌프(11)에 연결되는 라인(16)에서 제공된다. 구동 요소(12)의 출구(III)는 라인(23)에 의해 엔진-측면 냉각수 입구(24)에 연결된다.

간단한 실시예의 변형에서 구동 엘리먼트(12)는 예를 들어 팽창 소재 엘리먼트를 포함하고, 팽창 소재 엘리먼트에서 지배적인 압력에 따라 포트들(II 및 III, 도 1의 12) 또는 포트(I 및 II, 도 1의 12') 한쪽으로 연결되는 통상적인 라이에이터 서모스탯으로서 구현되어서, 냉각수는 라이에이터(18)를 우회하는 소형 냉각수 회로로 불리는 곳, 또는 라디에이터(18)가 통합되는 대형 냉각수 회로로 지칭되는 곳에서 순환될 수 있다.

도 1에 명시적으로 도시된 바와 같이, 3/2-way 비례 밸브의 형태로 전기 제어 구동 엘리먼트(12)는 또한 종래의 라디에이터 서모스탯 대신 제공될 수 있다. 전기 신호들에 의해 구동 엘리먼트(12)의 적절한 제어에 의해 냉각수 볼륨 유동은 내연기관(10)의 작동 범위에 따라 냉각수의 온도와 별도로 또한 스위칭 오버될 수 있다.

엔진 측면 냉각수 출구(14)에서 온도 센서(27)는 엔진 측면 냉각수 출구에서 냉각수의 온도에 상응하는 신호(TCO)를 공급한다. 엔진 블록 상에 또는 안에, 바람직하게 내연기관(10)의 실린더 헤드 상에 또는 안에 배치된 추가적인 온도 센서(32)는 실린더 헤드의 온도에 상응하는 신호(TZK)를 공급한다.

전자 제어 설비(26)가 또한 내연 기관에 할당된다. 일반적으로 하나 이상의 마이크로 프로세서 뿐만 아니라 경과 시간 계측기(29)를 포함하며 내연기관(10)의 복수의 제어 및 조절 임무를 취급하며 내연기관의 관련 구성요소들의 진단 기능들, 특히 온보드 진단들을 수행하는 제어 설비들은 그 자체로 알려져 있어서, 본 발명과 연결되는 관련 레이아웃 및 그 작동 모드는 이제부터 설명될 것이다.

제어 설비(26)는 제어 설비 자체 또는 이와 커플링되는 메모리에 저장된 프로그램들을 수행하기 위해 구현된다. 그러한 목적을 위해 엔진-작동-맵-기반 엔진 제어 기능들이 소프트웨어에 의해 특히 제어 설비(26)에서 구현된다. 제어 설비(26)는 다양하게 특정된 변수들을 감지하고 각 경우에서 측정된 변수의 측정 값을 결정하는 센서들이 할당된다. 측정된 변수들 중 적어도 하나에 따라 제어 설비(26)는 상응하는 구동 드라이브들에 의해 구동 엘리먼트들 또는 액츄에이터들을 제어하기 위해 이후 상응하는 제어 신호들로 변환되는 구동 변수들을 결정한다.

센서들은 예를 들어, 가속 페달의 위치를 감지하는 페달 위치 센서, 크랭크축 각도를 측정하고 회전 속도가 이후 할당되는 크랭크축 각도 센서, 질량 공기 유량계, 오일 온도 값을 기록하는 오일 온도 센서, 토오크 센서 또는 흡입 공기 온도 센서, 또한 냉각수 온도(TCO)를 측정하기 위한 온도 센서(27) 및 실린더 헤드 온도(TZK)을 측정하기 위한 온도 센서(32)이다. 상응하는 센서들에 의해 기록된 입력 신호들은 도면 부호(ES)에 의해 도 1에서 일반적으로 지정된다.

내연기관(10)의 스로틀 밸브, 가스 입구 또는 가스 출구 밸브들, 분사 밸브들, 스파크 밸브들, 및 냉각수 펌프(11), 구동 엘리먼트(12), 및 내연기관(10)의 냉각 시스템의 팬(19)이 구동 엘리먼트들의 예시로서 언급된다. 개별 구동 엘리먼트들 또는 액츄에이터들에 대한 출력 신호들이 도면 부호(AS)에 의해 도 1에 일반적으로 지정된다.

냉각수 온도(TCO) 및 실린더 헤드 온도(TZK)에 대한 온도 센서들(27, 32)에 의해 획득된 값들을 비교하고 평가하기 위한 설비들(35, 36) 및 진단의 결과를 저장하거나 출력하기 위한 결함 관리 설비(37)가 제어 설비(26)에서 추가적으로 구현된다. 냉각수 펌프(11)의 확인된 오류가 표시 장치(38)에 의해 내연기관(10)에 의해 구동되는 자동차의 드라이버에 시작적으로 및/또는 음향으로 신호될 수 있다.

냉각수 온도(TCO) 및 실린더 헤드 온도(TZK) 각각을 측정하기 위한 온도 센서(27, 32) 대신, 이러한 온도들이 알려진 방법들에 따라 내연기관의 다른 관련 작동 변수들로부터 계산될 수 있는 제어 설비(26) 모델들(39, 39')에 또한 저장될 수 있다. 이러한 모델들의 가능한 입력 변수들은 예를 들어 다음의 변수들의 선택/결합이다: 회전 속도, 부하, 흡입 공기 온도, 주위 공기 온도, 사용된 소재의 열 관류(heat transmission) 또는 열 전달(heat carriage)에 대한, 특히 실린더 헤드 및 냉각수에 대한 물질 계수들, 공기 습도, 공기 밀도, 내연기관이 스위칭 오프되는 시간에서의 온도, 2 개의 시동 작동들 사이에서 스위칭 오프된 시간.

제어 설비(26)는 저장되는 메모리(28), 특히, 그 중요성이 도 2 내지 도 4의 설명을 참조하여 더 상세하게 다루어질, 2 개의 상이한 온도 허용오차 범위들에 대한 미리 정해진 한계들(SW1 내지 SW4)에 또한 연결된다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 이제 냉각수 펌프(11)의 적절한 기능이 냉각수 온도(TCO)와 실린더 온도(TZK)의 비교에 의해 어떻게 체크될 수 있는지 설명될 것이다. 모든 도면들의 공통된 양태는 내연기관(10)의 시동을 후속하는 냉각수 온도(TCO) 및 실린더 헤드 온도(TZK)의 원리에서 시간 특성이 각 경우에서 상단 부분에 상이한 상황들에 대해 도시되며, 각 경우에서 도면들의 하단 부분에 냉각수 펌프(11)의 스위칭 상태(온/오프)를 도시한다. 냉각수 펌프(11)가 체크되는 동안, 라디에이터(18)는 바이패스 라인(22)에 의해 짧게 순환된다.

도 2는 활성화되고 비활성화될 수 있는 적절하게 기능하는 냉각수 펌프(11)를 구비한 내연기관(10)의 전형적인 행동을 도시한다. 내연 기관(10)의 소위 콜드 스타트는 시점(t0)에서 발생한다. 이 시점에서 냉각수 온도(TCO)가 시작 값(TS)를 갖는다. 이런 종류의 내연 기관(10)의 콜드 스타트는 내연기관의 특정한 작동 파라미터들의 질의, 예를 들어 냉각수 온도, 및 콜드 스타트를 나타내는 임계값과 비교에 의해 감지될 수 있다. 콜드 스타트의 시간에 냉각수 펌프(11)가 비활성화되고, 따라서 냉각수의 어떠한 순환도 발생하지 않는다. 결과적으로 실린더 헤드 및 그 안에 포함된 냉각수는 매우 빨리 승온되고, 이는 실린더 헤드 온도(TZK)에 대한 곡선의 가파른 상승에 의해 인식될 수 있다. 시작 값(TS)으로부터 시작하여, 실린더 헤드의 냉각수 출구(14)(도 1)에 위치되는 냉각수 온도 센서(27)의 신호(TCO)는 단지 접경에 가깝게(marginally) 변한다. 냉각수 펌프(11)가 비활성화되는 시점(t1)에서만 냉각수 온도 센서(27)의 신호가 또한 가파르게 상승하고 상대적으로 빠른 정렬이 냉각수 온도(TCO)와 실린더 헤드 온도(TZK) 사이에서 발생한다. 냉각수 펌프(11)가 비활성화된 채로 남아서, 냉각수 유동을 억제하는 내연기관의 시작으로부터 시점(t1)까지 시간 간격은 문제의 내연기관(10)에 대해 실험적으로 결정된다. 이것은 본질적으로 내연기관의 구조적 구현, 특히 질량, 실린더의 개수 및 냉각 재킷의 치수에 따라 달라진다. 이 시구간은 제어 설비(26)의 경과 시간 계측기(29)에 의해 모니터링된다.

도 3은 냉각수 펌프(11)가 내연기관의 콜드 스타트의 시간으로부터 시점(t1)까지 비활성화될 수 없는 상황에 대한 실린더 헤드 온도(TZK) 및 냉각수 온도(TCO)에 대한 시간 특성을 도시한다. 기계적 또는 전기적 결함은 이것의 원인일 수 있다. 냉각수 펌프(11)는 내연기관의 시동 직후에 움직이기 시작하고 더이상 스위칭 오프될 수 없다. 및 내연기관의 시동 후 즉시 게재되기 시작합니다 더 이상 꺼질 수 있습니다.냉각수는 냉각수 펌프(11)에 의해 순환되고 연소 챔버에서 연소로 인해 실린더 헤드에 유발된 열이 냉각수에 의해 방산되며, 이는 내연기관의 상대적으로 느린 워밍업을 의미하고 따라서 증가된 방출을 가져온다. 냉각수 온도(TCO)의 특성 곡선은 실린더 헤드 온도(TZK)의 특성 곡선을 후속하고 기계적인 설계로 인해 남은 작은 시스템-관련 차이, 즉 냉각수 온도(TCO)는 실린더 헤드 온도(TZK)보다 항상 다소 더 낮다. 냉각수 펌프(11)가 정상적으로 먼저 활성화되는 시점(t1)에서 2 개의 온도 값들(TCO 및 TZK)은 서로로부터 오직 접경에 가깝게(marginally) 상이하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 결함-없는 냉각수 펌프(1)의 경우에서 상기 시점(t1)에서 2 개의 온도 값들 사이의 상당한 차이가 있어야 한다.

이 효과는 냉각수 펌프(11)를 체크하기 위해 이용될 수 있다. 시점(t1)에서 냉각수 온도(TCO)와 실린더 헤드 온도(TZK)에 대한 값들이 기록되며 서로 비교된다.

이러한 목적으로 차이 ΔT1 = TZK - TCO가 형성되고, 예를 들어, 이후 상기 값 ΔT1이 2 개의 한계들(SW3 및 SW4)에 의해 한정된 미리 정해진 허용오차 범위 내에 있는지 결정하기 위해 체크를 수행한다. 허용오차 범위의 한계(SW3, SW4)가 시험들에 의해 실험적으로 결정되어 제어 설비(26)의 메모리(28)에 저장된다. 상기 값(ΔT1)이 오차 범위 밖이면, 냉각수 펌프(11)는 결함으로 평가되고 결함 코드 또는 결함 메세지(예: "냉각수 펌프가 비활성화될 수 없음")가 제어 설비(26)의 결함 메모리(38)에 저장되거나 출력된다. 덧붙여 음향 및/또는 시각적 경고가 내연기관(10)에 의해 구동된 자동차의 드라이버에 출력된다. 대안적으로 특정 수의 값들(ΔT1)이 허용 오차 범위 밖에 있을 때에만 상기 결함이 입력될 수 있고 상기 경고가 나올수 있다.

도 4는 냉각수 펌프(11)가 내연기관의 콜드 스타트의 시간에 활성화될 수 없는 상황 또는 성공적인 활성화에 불구하고 어떤 냉각수도 순환하지 않는 상황에 대한 실린더 헤드 온도(TZK) 및 냉각수 온도(TCO)의 온도 특성 곡선들을 도시한다. 예를 들어, 이것은 펌프 휠(임펠러)이 구동 샤프트로부터 분리되어 샤프트 상에서 통과해 미끄러진다면 발생한다. 이러한 경우에서, 구동 샤프트가 구동됨에도 불구하고, 냉각수는 냉각 회로를 통해 더이상 펌핑되지 않는다.

전기적인 냉각수 펌프(11)의 경우에서 제어 신호가 시점(t1)에서 출력되는 반면, 기계적인 냉각수 펌프(11)의 경우에서 냉각수 펌프(11)가 정확하게 기능하고 있다면 냉각수가 전달되도록 기계적인 냉각수 펌프는 내연기관과 맞물린다. 냉각수 펌프(11)의 구동을 후속하는 추가적인 시간 간격(t1)이 경과된 후에, 냉각수 온도(TCO) 및 실린더 헤드 온도(TZK)가 시점(t2)에서 기록되고 서로 비교된다. 이를 위해서 차이 ΔT2 = TZK - TCO가 형성되고, 예를 들어 이후 상기 값(ΔT2)이 두 한계들(SW1 및 SW2)에 의해 경계를 이루는 추가적인 허용오차 범위 내에 놓이는지를 결정하기 위해 체크가 수행된다. 상기 허용오차 범위의 한계(SW1, SW2) 및 시점들(t1및 t2) 사이의 시간 간격이 시험에 의해 실험적으로 결정되어 제어 설비(26)의 메모리(28)에 저장된다. 상기 값(ΔT2)이 허용 오차 범위 밖에 놓이면, 냉각수 펌프(11)는 결함으로 평가되고 결함 코드 또는 결함 메세지(예 : "냉각수 펌프가 순환되지 않음" 또는 "냉각 펌프가 활성화되지 않음")가 저장되거나 출력된다. 덧붙여 음향 및/또는 시작적 경고가 내연기관(10)에 의해 구동된 자동차의 드라이버에 출력된다. 대안적으로 특정 수의 값들(ΔT2)이 허용 오차 범위 밖에 있을 때에만 상기 결함이 입력될 수 있고 상기 경고가 나올수 있다. "스탠딩 냉각수(standing coolant)"로 인해 냉각수 온도 센서(27)에 의해 기록된 값은 내연기관(10)의 콜드 스타트 단계가 경과된 이후에 조차도 매우 낮다. 냉각수가 임의의 열을 방산할 수 없기 때문에, 실린더 헤드 온도는 급격하게 증가하여 내연기관의 과열을 가져올 수 있고, 그 결과로서 손상이 발생할 수 있다.

Claims

내연기관(10)의 폐쇄 냉각 회로에서 냉각수를 순환시키기 위해 제공되고 내연기관(10)의 작동 상태와 독립적으로 활성화 및 비활성화될 수 있는 냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법으로서,
- 내연기관(10)의 콜드 스타트(t0)가 감지된 후에 미리 정해진 시점(t2)에서, 내연기관(10)의 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 내연기관(10)의 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값 모두가 결정되고 후속적으로 상기 값들이 서로 비교되며, 그리고
- 냉각수 펌프(11)가 상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)의 결과에 따라 그 작동 무결성(operational integrity)의 측면에서 평가되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
미리 결정된 시간 간격(t1-t0)이 내연기관(10)의 콜드 스타트부터 경과된 후에만 냉각수 펌프(11)가 활성화되며 추가적으로 미리 결정된 시간 간격(t2-t1)이 경과한 후에 상기 온도 값들(TCO, TZK)이 결정되고 비교되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)의 결과가 미리 정해진 한계들(SW1, SW2)에 의해 한정된 제 1 허용오차 범위 내에 놓이는지 결정하도록 체크를 수행하고, 상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)의 결과가 상기 허용오차 범위 밖에 놓이면 냉각수 펌프(11)가 결함이 있는 것으로 평가되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
미리 결정된 시간 간격(t2-t0)이 내연기관(10)의 콜드 스타트로부터 경과된 후에만 냉각수 펌프(11)가 활성화되고 온도 값들(TCO, TZK)이 상기 시점에 결정되고 비교되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)의 결과가 미리 정해진 한계들(SW3, SW4)에 의해 한정된 제 2 허용오차 범위 내에 놓이는지 결정하도록 체크를 수행하고, 냉각수 펌프 제어기가 상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)의 결과가 상기 허용오차 범위 밖에 놓이면 냉각수 펌프(11)가 결함이 있는 것으로 평가되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
허용오차 범위들 밖에 놓이는 상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)의 결과의 횟수를 카운트하는 빈도 카운터(29)가 활성화되고 상기 횟수가 미리 정해진 최대 허용 빈도를 초과할 때에만 냉각수 펌프(11) 또는 냉각수 펌프 제어기가 결함이 있는 것으로 평가되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)가 상기 두 온도 값(TCO, TZK)의 차이를 형성함으로써 만들어지는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)의 결과가 미리 정해진 한계들(SW1, SW2, SW3, SW4)에 의해 한정된 허용오차 범위 내에 놓이는지 결정하도록 체크를 수행하고, 상기 냉각수 온도 (TCO)를 나타내는 값 및 상기 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값의 비교(ΔT1, ΔT2)의 결과가 상기 허용오차 범위 밖에 놓이면 냉각수 펌프(11)가 결함이 있는 것으로 평가되고,
허용오차 범위들의 미리 정해진 한계들(SW1, SW2, SW3, SW4) 및 미리 결정된 시간 간격들(t1-t0, t2-t1)이 시험 작업대(test bench)에서 실험적으로 결정되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 방법.
내연기관(10)의 폐쇄 냉각 회로에서 냉각수를 순환시키기 위해 제공되고 내연기관(10)의 작동 상태와 독립적으로 활성화 및 비활성화될 수 있는 냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치로서,
- 냉각수 온도(TCO)를 나타내는 값을 결정하기 위한 장치(27, 39)를 구비하고,
- 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값을 결정하기 위한 장치(32, 39')를 구비하고,
- 냉각수 온도(TCO) 및 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값들을 비교하기 위한 비교기 장치(35)를 구비하고,
- 상기 비교기 장치(35)의 결과에 따라 작동 무결성의 측면에서 냉각수 펌프(11)를 평가하는 평가 장치(36)를 구비하며, 그리고
- 결함이 있는 냉각수 펌프의 경우 결함 코드를 저장하기 위한 결함 메모리(40) 및 경고 메세지를 출력하기 위한 결함 표시 장치(38) 중 하나 이상을 갖는 결함 관리 장치(37)를 구비한
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
냉각수 온도(TCO)를 나타내는 값을 결정하기 위한 장치(27)가 온도 센서를 포함하는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 냉각수 온도(TCO)를 나타내는 값을 결정하기 위한 장치(27)가 내연기관(10)의 작동 변수들로부터 냉각수 온도(TCO)를 계산하는 모델(39)을 포함하는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값을 결정하기 위한 장치(32)가 온도 센서를 포함하는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값을 결정하기 위한 장치(32)가 내연기관(10)의 작동 변수들로부터 실린더 헤드 온도(TZK)를 계산하는 장치(39')을 포함하는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
냉각수 펌프 (11)가 전기 구동 펌프로서 구현되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 전기 구동 펌프가 그 출력 용량의 측면에서 조절될 수 있는 펌프로서 구현되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 전기 구동 펌프가 냉각수 전달 방향의 측면에서 가역될 수 있는 펌프로서 구현되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
냉각수 펌프(11)가 내연 기관(10)에 의해 기계적으로 구동되고 상기 구동은 필요에 따라 활성화 및 비활성화될 수 있는 펌프로서 구현되는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
냉각수 온도(TCO)를 나타내는 값들을 결정하기 위한 장치(39), 실린더 헤드 온도(TZK)를 나타내는 값들을 결정하기 위한 장치(39'), 비교기 장치(35), 평가 장치(36), 및 결함 관리 장치(37)는 상기 내연기관을 제어하고 조절하는 제어 설비(26)의 구성요소 일부를 구성하는
냉각수 펌프(11)를 진단하기 위한 장치.