WO2002008588A1 - Verfahren zur optimalen steuerung der kühlleistung eines motors eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed

Definitions

  • the invention is based on a method for optimal control of the cooling capacity in an engine of a motor vehicle according to the preamble of the main claim.
  • the heat generated in the engine block is essentially dissipated via the coolant.
  • the coolant in particular cooling water, is circulated via a mechanical pump in order to conduct the engine heat to the radiator, where it is removed by an air stream.
  • the coolant temperature is measured by a temperature sensor which is arranged in the cooling circuit and detects the instantaneous temperature of the cooling water. With increasing engine speed, the cooling water flow and thus the cooling capacity is increased.
  • a controller monitors the temperature of the coolant and compares it with an allowable maximum temperature that should not be exceeded during operation. For safety reasons, the coolant flow and therefore the cooling capacity is set so that the specified limit temperature cannot be exceeded. As a rule, the engine becomes too strong during its operating time cooled and can therefore not always work in its optimal performance range.
  • the method according to the invention for optimizing the control of the cooling power in an engine of a motor vehicle with the characterizing features of the main claim has the advantage that the limit value for the maximum temperature for the location of the engine is specified, which is particularly sensitive to temperature overload. On the other hand, this ensures that the less sensitive parts of the engine can be heated up quickly and selectively without being damaged.
  • Location of the engine is arranged. This ensures that the individual components of the engine can be optimally designed, particularly with regard to their temperature load. A risk to the engine, for example even if the cooling water is lost, is avoided. In this way, serious engine damage with correspondingly high repair costs can advantageously be averted.
  • the cylinder head of an engine is particularly sensitive to temperatures because, on the one hand, it has a very complex structure and internal stresses can lead to undesirable deformations.
  • the attachment of a further temperature sensor in the area of this sensitive component therefore appears particularly favorable. Since the cylinders of the engine block also have to withstand high temperatures, the arrangement of a temperature sensor in their area also appears to be particularly favorable, for example to quickly detect overheating in the event of insufficient cooling capacity.
  • an optical or acoustic signal is advantageously output in order to warn the driver in good time of impending damage.
  • the power of the motor is advantageously limited if the cooling capacity is insufficient.
  • control reduces the cooling output in the warm-up phase of the engine until the predetermined temperature value or temperature range is reached.
  • the desired operating temperature of the engine is reached more quickly. Furthermore, this results in lower consumption, since the engine with optimal
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an engine compartment in which an engine with a cooling circuit is located.
  • the figure shows a schematic representation of an engine compartment 2, in which an engine 3 of an internal combustion engine is arranged. Its waste heat is preferably dissipated to the outside via a cooling system.
  • the cooling system has a cooler 4, which is arranged in the cooling air flow K and is connected to the engine 3 via cooling lines a. Water is preferably used as the cooling medium, for deep water
  • the cooling water is passed in a circuit via the cooler 4 via a cooling water pump, not shown, and can be controlled by a valve 9 via a bypass b.
  • the coolant pump is driven mechanically in many cases, but can alternatively also be an electric pump that is controlled according to the need for cooling capacity.
  • at least one fan 5 is arranged in the area of the cooler 4 and is also controlled as a function of the temperature of at least one temperature sensor 6, 6a.
  • the cooling air flow and thus also the cooling capacity can also be controlled via air flaps 1.
  • a controller 7 with a corresponding memory 8 and a program located therein calculates on the basis of the data of the at least one Temperature sensors 6, 6a the control signals for the individual elements in order to influence the cooling capacity. Since the optimization of the cooling capacity depends on many operating parameters of the engine 3, for example on the speed, the load, the volume flow of the coolant, load changes, outside temperatures, etc., an optimization of the cooling temperature is very difficult. For this reason, the control or regulation of the cooling capacity is optimized according to the invention in that at least one temperature sensor 6, 6a is arranged on a temperature-sensitive component of the motor and supplies its temperature to the control 7 as an electrical signal. Optimal control of the cooling capacity is also achieved if, for example, the temperature sensor is located at a critical location on the engine block, for example in the vicinity of a cylinder or on
  • Cylinder head is installed. Temperature-sensitive materials such as aluminum are very often used for the cylinder head. However, this has the disadvantage that if there is no cooling capacity, for example if the cooling water has leaked, overheating can occur very quickly. Overheating may result in high tension and distortion in the cylinder head, rendering it unusable and the engine eventually failing.
  • the coolant output can be controlled and regulated until a predetermined temperature value or a temperature interval for at least one critical component is reached. This predetermined limit temperature is expediently below the temperature which could lead to permanent damage to the motor.
  • the arrangement of the temperature sensors 6, 6a should therefore be selected on the corresponding component in such a way that the risk of overheating is reliably detected and displayed even when there is no coolant.
  • the temperature control by the controller 7 is known per se and need not be explained in more detail. Advantageous is when, in addition to the temperature detection, further operating parameters, for example the exhaust gas emission, the speed, power and / or the consumption, are taken into account when calculating the optimal operating temperature.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur optimalen Steuerung der Kühlleistung für einen Motor eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei dem zur Optimierung der Steuerung der Kühlleistung wenigstens ein Temperatursensor an einem Ort des Motors angeordnet ist, der für eine Temperaturüberlastung besonders empfindlich ist. Die Steuerung steuert oder regelt den Kühlmittelstrom und/oder einen Lüfter derart, dass eine vorgegebene Maximaltemperatur am Einbauort des Temperatursensors nicht überschritten wird. Ein derartiger Einbauort kann beispielsweise im Bereich eines Zylinders oder des Zylinderkopfes sein. Dadurch wird erreicht, dass die Kühlleistung z.B. die Motortemperatur bis an die optimale Temperatur des empfindlichen Bauteils herangeführt werden kann, ohne dass das Bauteil Schaden nimmt.

Description

Verfahren zur optimalen Steuerung der Kühlleistung eines Motors eines Kraftfahrzeugs
Stand der Techni
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur optimalen Steuerung der Kühlleistung bei einem Motor eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des Hauptanspruchs . Bei heutigen Kraftfahrzeugmotoren, insbesondere bei Diesel- und Benzinmotoren wird die im Motorblock erzeugte Wärme im wesentlichen über das Kühlmittel abgeführt. Das Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, wird dabei über eine mechanische Pumpe umgewälzt, um die Motorwärme an den Kühler zu leiten, wo sie von einem Luftstrom abgeführt wird. Die Kühlmitteltemperatur wird dabei von einem Temperatursensor gemessen, der im Kühlkreislauf angeordnet ist und die augenblickliche Temperatur des Kühlwasser erfasst. Mit zunehmender Drehzahl des Motors wird auch der Kühlwasserfluss und damit die Kühlleistung vergrößert. Eine Steuerung überwacht die Temperatur des Kühlmittels und vergleicht sie mit einer zulässigen Maximaltemperatur, die im Betrieb nicht überschritten werden soll. Aus Sicherheitsgründen wird daher der Kühlmittelström und damit die Kühlleistung so eingestellt, dass die vorgegebene Grenztemperatur nicht überschritten werden kann. In der Regel wird der Motor während seiner Betriebszeit zu stark gekühlt und kann daher nicht immer in seinem optimalen Leistungsbereich arbeiten.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung der Steuerung der Kühlleistung bei einem Motor eines Kraftfahrzeugs mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Grenzwert für die maximale Temperatur für den Ort des Motors vorgegeben wird, der für eine Temperaturuberlastung besonders e pflindlich ist. Andererseits ist dadurch sichergestellt, dass die weniger empfindlichen Teile des Motors schnell und gezielt aufgeheizt werden können, ohne Schaden zu nehmen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass wenigstens ein weiterer Temperatursensor an einem weiteren empfindlichen
Ort des Motors angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass die einzelnen Bauteile des Motors insbesondere in Bezug auf ihre Temperaturbelastung optimal ausgelegt werden können. Eine Gefährdung des Motors, beispielsweise auch bei einem Verlust des Kühlwassers wird vermieden. Dadurch kann ein schwerwiegender Motorschaden mit entsprechend hohen Reparaturkosten vorteilhaft abgewendet werden.
Bei modernen Motoren ist beispielsweise der Zylinderkopf eines Motors gegenüber Temperaturen besonders empfindlich, da er einerseits sehr komplex aufgebaut ist und innere Spannungen zu unerwünschten Verformungen führen können. Die Anbringung eines weiteren Temperatursensors im Bereich dieses empfindlichen Bauteiles erscheint daher besonders günstig. Da auch die Zylinder des Motorblocks hohe Temperaturen standhalten müssen, erscheint auch die Anordnung eines Temperatursensors in deren Bereich besonders günstig, um beispielsweise bei mangelnder Kühlleistung eine Überhitzung schnell zu erkannen.
Bei Über- und/oder Unterschreiten eines vorgegebenen Temperaturbandes wird vorteilhaft ein optisches oder akustisches Signal ausgegeben, um den Fahrer rechtzeitig vor drohendem Schaden zu warnen. Dabei wird vorteilhaft die Leistung des Motors begrenzt, wenn die Kühlleistung nicht ausreicht .
Als besonders günstig wird angesehen, dass die Steuerung in der Warmlaufphase des Motors die Kühlleistung reduziert, bis der vorgegebene Temperaturwert oder Temperaturbereich erreicht ist. Dadurch wird die gewünschte Betriebstemperatur des Motors schneller erreicht. Des Weiteren ergibt sich dadurch ein geringerer Verbrauch, da der Motor mit optimalem
Wirkungsgrad arbeitet. Ebenso reduzieren sich die Schadstoffemissionen.
Sollte jedoch die Betriebstemperatur trotz reduzierter Kühlleistung in der vorgegebenen Zeitspanne nicht erreicht werden, dann kann von einem Fehler im Betriebssystem ausgegangen werden. In diesem Fall erscheint es zweckmäßig, wieder die volle Kühlleistung zur Verfügung zu stellen.
Eine günstige Lösung wird auch darin gesehen, dass die
Steuerung die Kühlleistung wenigstens in Abhängigkeit eines weiteren Parameteres regelt. Da die Kühlung des Motors ein sehr komplexer Vorgang ist, kann beispielsweise durch Berücksichtigung von Grenzwerten für Schadstoffemissionen oder Verbrauchswerte ein optimaler Arbeitspunkt erreicht werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Motorraum, in dem sich ein Motor mit einem Kühlkreislauf befindet.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Motorraum 2 , in dem ein Motor 3 eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Seine Abwärme wird über ein Kühlsystem vorzugsweise nach außen abgeführt . Das Kühlsystem weist einen Kühler 4 auf, der im Kühlluftstrom K angeordnet ist und über Kühlleitungen a mit dem Motor 3 verbunden ist . Als Kühlmedium wird vorzugsweise Wasser verwendet, dem für tiefe
Temperaturen ein entsprechender Kälteschutz beigemischt ist. Das Kühlwasser wird über eine nicht dargestellte Kühlwasserpumpe im Kreislauf über den Kühler 4 geleitet und kann von einem Ventil 9 über einen Bypass b gesteuert werden. Die Kühlmittelpumpe wird in vielen Fällen mechanisch angetrieben, kann alternativ aber auch eine elektrische Pumpe sein, die entsprechend dem Bedarf an Kühlleistung gesteuert wird. Zur Verbesserung der Kühlleistung ist im Bereich des Kühlers 4 wenigstens ein Lüfter 5 angeordnet, der ebenfalls in Abhängigkeit von der Temperatur wenigstens eines Temperatursensors 6, 6a gesteuert wird. Der Kühlluftstrom und damit auch die Kühlleistung kann auch über Luftklappen 1 gesteuert werden. Eine Steuerung 7 mit entsprechendem Speicher 8 und einem darin befindlichen Programm berechnet aufgrund der Daten des wenigstens eines TemperaturSensors 6, 6a die Steuersignale für die einzelnen Elemente, um die Kühlleistung zu beeinflussen. Da die Optimierung der Kühlleistung von vielen Betriebsparametern des Motors 3, beispielsweise von der Drehzahl, der Last, dem Volumenstrom des Kühlmittels, Lastwechsel, Außentemperaturen usw. abhängt, ist eine Optimierung der Kühltemperatur sehr schwierig. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäße die Steuerung oder Regelung der Kühlleistung dadurch optimiert, dass wenigstens ein Temperatursensor 6, 6a an einem temperaturempfindlichen Bauteil des Motors angeordnet ist und dessen Temperatur als elektrisches Signal an die Steuerung 7 liefert . Eine optimale Steuerung der Kühlleistung wird auch erreicht, wenn beispielsweise der Temperatursensor an einem kritischen Ort am Motorblock, beispielsweise in der Nähe eines Zylinders oder am
Zylinderkopf eingebaut wird. Sehr häufig werden für den Zylinderkopf temperaturempfindliche Materialien wie Aluminium verwendet. Das hat jedoch- den Nachteil, dass bei fehlender Kühlleistung, wenn beispielsweise das Kühlwasser ausgelaufen ist, sehr schnell eine Überhitzung entstehen kann. Die Überhitzung führt möglicherweise zu hohen Spannungen und Verwerfungen im Zylinderkopf, so dass dieser unbrauchbar wird und der Motor schließlich ausfällt . Durch Erfassung der Temperatur, insbesondere auch am Zylinderkopf wird dieser kritische Grenzzustand rechtzeitig erkannt und ein entsprechendes Warnsignal optisch oder akustisch ausgegeben und gegebenenfalls die Leistung des Motors im Extremfall bis zum Stillstand reduziert. Dadurch werden vorteilhaft teure Motorreparaturen vermieden und die Funktionsbereitschaft des Motors voll erhalten. Andererseits kann die Kühlmittelleistung so gesteuert und geregelt werden, bis ein vorgegebener Temperaturwert oder ein Temperaturintervall für wenigstens ein kritisches Bauelement erreicht wird. Diese vorgegebene Grenztemperatur liegt zweckmäßigerweise unter der Temperatur, die zu einer dauerhaften Schädigung des Motors führen könnte.
Durch die Heranführung der Kühlleistung an die vorgegebene Grenztemperatur bzw. deren Intervall wird auch erreicht, dass in solchen Fällen, in denen die Solltemperatur nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne erreicht wird, ein Hinweis für einen möglichen Schaden vorliegen kann. Ein solches Fehlerbild kann entstehen, wenn das Kühlwasser beispielsweise durch Lecks im Kühlsystem ausgelaufen ist und die Temperaturanzeige keinen echten Temperaturwert anzeigen kann.
Die Anordnung der Temperatursensoren 6, 6a sollte daher an dem entsprechenden Bauteil so gewählt werden, dass auch bei fehlendem Kühlmittel die Überhitzungsgefahr sicher erkannt und zur Anzeige gebracht wird.
Um beim Kaltstart des Motors die Aufwärmphase zu verkürzen und möglichst schnell die gewünschte Betriebstemperatur zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Kühlleistung so lange zu reduzieren, bis die gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird. Durch die schnelle Aufwärmung des Motors wird die Abgasemission und der Verbrauch verringert. Zusätzlich werden die im Motor auftretenden mechanischen Spannungen durch die bessere Steuerung reduziert. Wird jedoch innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne die Motortemperatur nicht erreicht, dann kann dies ebenfalls ein Indiz für einen Fehler sein, so dass zweckmäßigerweise dann die volle Kühlleistung wieder zugeschaltet wird, um eine mögliche Überhitzung des Motors zu vermeiden.
Die Temperaturregelung durch die Steuerung 7 ist per se bekannt und muß nicht näher erläutert werden. Vorteilhaft ist, wenn neben der Temperaturerfassung weitere Betriebsparameter die beispielsweise die Abgasemission, die Drehzahl, Leistung und/oder der Verbrauch bei der Berechnung der optimalen Betriebstemperatur berücksichtigt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur optimalen Steuerung der Kühlleistung bei einem Motor (3) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Motor (3) über Kühlleitungen (a) mit einem Kühler (4) verbunden ist, der durch ein Ventil (9) und einem Bypass (b) umgangen werden kann, und eine Steuerung. (7) in Abhängigkeit vom Signal eines Temperatursensors (6) die Kühlleistung steuert oder regelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (6) an einem Ort des Motors (3) angeordnet ist, der für eine Temperaturüberlastung besonders empfindlich ist und dass die Steuerung (7) den Kühlmittelström und/oder einen Lüfter (5) derart steuert, dass eine vorgegebene Maximaltemperatur am Einbauort des Temperatursensors (6) nicht überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Temperatursensor (6a) an einem weiteren empfindlichen Ort des Motors (3) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (6, 6a) an einem kritischen Ort des Zylinderköpfes des Motors (3) angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (6, 6a) im Bereich eines Zylinders des Motors (3) angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) bei Überschreiten und/oder Unterschreiten eines vorgegebenen Temperaturbandes ein optisches und/oder akustisches Signal ausgibt .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) die Leistung des Motors (3) vorzugsweise in Abhängigkeit von der Kühlleistung begrenzt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) in der Warmlaufphase des Motors (3) die Kühlleistung reduziert, bis der vorgegebene Temperaturwert oder Temperaturbereich erreicht ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung der Kühlleistung zeitlich begrenzt ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) die Kühlleistung wenigstens in Abhängigkeit eines weiteren Parameters, vorzugsweise von Schadstoffemissionen und/oder Betriebsparametern des Motors regelt.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 007, no. 044 (M - 195) 22 February 1983 (1983-02-22) *

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