WO2002092976A1 - Verfahren zum überwachen eines kühlflüssigkeitskreislaufs einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum überwachen eines kühlflüssigkeitskreislaufs einer brennkraftmaschine Download PDF

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Juergen Schwabe
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    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • 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 monitoring a cooling liquid circuit of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a control valve distributes the volume flow of the coolant to a cooler and a bypass line, which is provided in parallel to the cooler.
  • a control valve distributes the volume flow of the coolant to a cooler and a bypass line, which is provided in parallel to the cooler.
  • a setpoint value of the temperature of the coolant which may be controlled by means of a characteristic diagram, is set so that the permissible temperatures of the components to be cooled and the coolant are never exceeded during operation.
  • a device and a method for a very sensitive control of the temperature of an internal combustion engine is known.
  • several input signals are fed to a control device, e.g. the temperature of the internal combustion engine, the speed and load of the internal combustion engine, the vehicle speed, the operating state of an air conditioning system or the heating of the vehicle and the temperature of the cooling water.
  • a setpoint generator of the control device determines a setpoint for the temperature of the internal combustion engine, taking into account the input signals.
  • the control device controls a three-way valve, which in the mouth area of a bypass line into a
  • Line is arranged between the internal combustion engine and a cooler.
  • the inlet flow is divided between the cooler inlet and the bypass line. Cooling of the internal combustion engine is thus recorded not only as a function of operating parameters that are directly important for the temperature development, but also as a function of parameters of additional units that only indirectly influence the temperature. Furthermore, the possibilities for setting the optimal temperature become essential expanded because faults can also be recorded and taken into account. By assigning different operating conditions to different ranges of temperature setpoints, the desired temperature can be set quickly, which can be further refined by different priorities of the operating conditions.
  • the control unit detects a temperature that is almost constant below freezing until the cooling water has thawed.
  • the time for thawing the cooling water can be up to 200 seconds.
  • the model temperature presupposes that the temperature of the cooling liquid rises after a certain delay, an error is saved after a short time, which indicates a defective sensor or a defective wiring. In reality, however, the antifreeze protection of the coolant is the cause.
  • a second error signal is set which indicates the possibility of insufficient frost protection if a temperature at the start of the internal combustion engine is below the freezing point of water, a first error signal was present, the error signal after a predetermined time, which is a function of the Temperature at the start of the internal combustion engine is no longer present and an introduced energy balance exceeds a threshold that is a function of the temperature when the internal combustion engine is started.
  • the actual cause of the error message namely insufficient frost protection
  • the temperature sensor is exchanged on suspicion, which is associated with high costs.
  • the frost protection the internal combustion engine is better protected at low temperatures.
  • the operating temperature is reached more quickly than with frozen coolant, which improves the emission values.
  • the single figure shows a schematic representation of an internal combustion engine with a cooling circuit.
  • An internal combustion engine 10 in the form of a reciprocating piston internal combustion engine has a cylinder block 14 and a cylinder head 12 which are connected to a coolant circuit 16.
  • This comprises a coolant pump 34 which conveys the coolant from a suction line 30 via a pressure line 32 through the cylinder block 14 and the cylinder head 12 as well as a return line 28 and a cooler 18.
  • a fan 20 conveys cooling air through the cooler 18.
  • a bypass line 24 is provided parallel to the cooler 18, a control valve 26 at the branch of the bypass line 24 from the return line 28 dividing the coolant flow onto the cooler 18 and the bypass line 24.
  • a heating heat exchanger 22 for the passenger compartment of a motor vehicle is connected in parallel to the cooler 18 and the bypass line 24.
  • the cooling circuit 16 can still include further coolers, coolant pumps, control valves and cooling branches, which are not shown here in detail, however, since the method according to the invention is suitable for all types of cooling circuits.
  • a output of the cylinder head 12 of the internal combustion engine 10 is a temperature sensor 36, which is connected via signal lines 38 to an electronic control unit 42 and sends signals to the control unit 42 in accordance with the temperature of the coolant.
  • the control unit 42 receives further signals via further signal lines 40, from which it determines the operating behavior of the internal combustion engine 10, e.g. the energy throughput.
  • characteristic diagrams 44 which are stored in the control unit 42
  • a temperature model is created which supplies setpoint values for the temperature. The setpoints are compared with the actual temperature.
  • the control unit 42 sets a first error signal which can be displayed on a display device 46 or is stored in the memory of a control unit 42 if the deviation of the actual value of the coolant temperature from the target value exceeds a predetermined value.
  • a second error signal is now set, which can also be displayed on the display device or is stored in the memory of the control unit 42 and indicates the possibility of a lack of frost protection if, when the internal combustion engine 10 starts, the temperature is below the freezing point of There is water, a first error signal. was set and after a predetermined time, which is a function of the temperature at the start of the Internal combustion engine 10, the first error signal is no longer present. Finally, it is checked whether an energy balance introduced exceeds a threshold that is a function of the temperature when the internal combustion engine 10 starts. Functions of the time and the threshold as a function of the temperature when the internal combustion engine starts are stored in maps 44 in the control unit 42.

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Abstract

Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Überwachen eines Kühlflüssigkeitskreislaufs (16) einer Brennkraftmaschine (10) aus, bei dem eine elektronische Steuereinheit (42) einen gemessenen Istwert einer Temperatur der Brennkraftmaschine (10) mit einem Sollwert der Temperatur vergleicht, die aus einem gespeicherten Modell ermittelt wird, das vom Energiedurchsatz der Brennkraftmaschine (10) abhängt, und die Steuereinheit (42) ein erstes Fehlersignal setzt, wenn die Abweichung des Istwerts der Temperatur von dem Sollwert der Temperatur ein vorgegebenes Mass überschreitet. Es wird vorgeschlagen, dass ein zweites Fehlersignal gesetzt wird, das auf die Möglichkeit eines mangelnden Frostschutzes hinweist, wenn eine Temperatur beim Start unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt, ein erstes Fehlersignal vorlag, das erste Fehlersignal nach einer vorgegebenen Zeit, die eine Funktion der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine (10) ist, nicht mehr vorhanden ist und eine eingebrachte Energiebilanz eine Schwelle überschreitet, die eine Funktion der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine (10) ist.

Description

Verfahren zum Überwachen eines Kuhlflussigkeitskreislaufs einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Überwachen eines Kuhlflussigkeitskreislaufs einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
Bei den heutigen Hubkolbenbrennkraftmaschinen für Fahrzeuge wird die Wärme, die über eine Wand eines Brennraums an einen Zylinderkopf und Zylinderblock abgegeben wird, im wesentlichen durch eine Kühlflüssigkeit abgeführt. Diese wird in einem Kühlflüssigkeitskreislauf von einer Pumpe umgewälzt, die in der Regel von der Brennkraftmaschine mechanisch angetrie- ben wird. Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen zu einer bedarfsgerechten Kühlung ein ansteuerbarer Elektromotor als Pumpenantrieb dient .
Ein Regelventil verteilt den Volumenstrom der Kühlflüssig- keit auf einen Kühler und eine Bypassleitung, die parallel zum Kühler vorgesehen ist. Zusätzlich zum Kühler ist an den Kühlflüssigkeitskreislauf ein Heizungswärmetauscher für den Fahrgastraum angeschlossen. Ein gegebenenfalls mittels eines Kennfelds gesteuerter Sollwert der Temperatur der Kühlflüssigkeit wird so eingestellt, dass die zulässigen Temperatu- ren der zu kühlenden Bauteile und der Kühlflüssigkeit im Betrieb nie überschritten werden.
Aus der DE 41 09 498 AI ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zu einer sehr feinfühligen Regelung der Temperatur einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierzu werden einer Steuereinrichtung mehrere Eingangssignale zugeleitet, wie z.B. die Temperatur der Brennkraftmaschine, die Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine, die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Betriebszustand einer Klimaanlage bzw. der Heizung des Fahr- zeugs und die Temperatur des Kühlwassers. Ein Sollwertgeber der Steuereinrichtung ermittelt unter Berücksichtigung der Eingangssignale einen Sollwert für die Temperatur der Brennkraftmaschine. Entsprechend einem Vergleich der Istwerte mit den Sollwerten steuert die Steuereinrichtung ein Dreiwege- ventil, das im Mündungsbereich einer Bypassleitung in eine
Leitung zwischen der Brennkraftmaschine und einem Kühler angeordnet ist.
Je nach Stellung des Dreiwegeventils wird der Zulaufst rom auf den Kühlerzulauf und auf die Bypassleitung aufgeteilt. Damit wird eine Kühlung der Brennkraftmaschine nicht nur in Abhängigkeit von unmittelbar für die Temperaturentwicklung wichtigen Betriebsparametern erfasst, sondern auch in Abhängigkeit von Parametern von Zusatzaggregaten, die die Tempe- ratur nur mittelbar beeinflussen. Ferner werden die Möglichkeiten zum Einstellen der optimalen Temperatur wesentlich erweitert, weil auch Störungen erfasst und berücksichtigt werden können. Durch die Zuordnung verschiedener Einsatzbedingungen zu unterschiedlichen Bereichen von Sollwerten der Temperatur ist eine schnelle Einstellung der gewünschten Temperatur möglich, was durch unterschiedliche Prioritäten der Einsatzbedingungen weiter verfeinert werden kann.
Um einen Defekt im Kühlkreislauf, z.B. eines TemperaturSensors des Kühlwassers zu erkennen, bestehen verschiedene Strategien, z.B. eine Kurzschlusserkennung oder Plausibili- tätsbetrachtungen mit Hilfe einer modellierten Vergleichstemperatur. Bei dieser Modellierung wird die gemessene, evtl. verfälschte Temperatur der Brennkraftmaschine mit einem vom Energiedurchsatz abhängigen Modell verglichen. Un- terschreitet die gemessene Temperatur die modellierte um einen definierten Abstand, so wird ein Fehler abgespeichert und zur Anzeige gebracht.
Ist die Kühlflüssigkeit infolge nicht ausreichenden Frost- Schutzes partiell eingefroren, ohne dass schon ein Schaden an der Brennkraftmaschine auftritt, wird eine unterhalb des Gefrierpunkts nahezu konstante Temperatur vom Steuergerät erfasst, solange bis das Kühlwasser aufgetaut ist. Die Zeit bis zum Auftauen des Kühlwassers kann bis zu 200 Sekunden betragen. Da die Modelltemperatur jedoch voraussetzt, dass nach einer gewissen Verzögerung die Temperatur der Kü lflüs- sigkeit ansteigt, wird nach kurzer Zeit ein Fehler abgespeichert, der auf einen defekten Sensor oder eine defekte Verkabelung hindeutet. In Wirklichkeit ist jedoch mangelnder Frostschutz der Kühlflüssigkeit die Ursache. Vorteile der Erfindung
Nach der Erfindung wird ein zweites Fehlersignal gesetzt, das auf die Möglichkeit eines mangelnden Frostschutzes hin- weist, wenn eine Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt, ein erstes Fehlersignal vorlag, das Fehlersignal nach einer vorgegebenen Zeit, die eine Funktion der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine ist, nicht mehr vorhanden ist und eine eingebrachte Energiebilanz eine Schwelle überschreitet, die eine Funktion der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in der Werkstatt die eigentliche Ursache der Fehlermeldung, nämlicher mangelnder Frostschutz, beseitigt werden, anstatt dass unter hohem zeitlichen Aufwand Fehler am Temperatursensor oder an der Verkabelung gesucht werden. In manchen Fällen wird unter solchen Umständen auf Verdacht der Temperatursensor ausge- tauscht, was mit hohen Kosten verbunden ist. Durch die Verbesserung des Frostschutzes wird die Brennkraftmaschine bei tiefen Temperaturen besser geschützt. Ferner wird die Betriebstemperatur schneller erreicht als bei angefrorener Kühlflüssigkeit, wodurch die Emissionswerte verbessert wer- den. Zweckmäßigerweise werden die Funktionen bezüglich der vorgegebenen Zeit und der Schwelle als Kennfelder in der Steuereinheit abgelegt. Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasse .
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Kühlkreislauf.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Brennkraftmaschine 10 in Form einer Hubkolbenbrenn- kraftmaschine besitzt einen Zylinderblock 14 und einen Zylinderkopf 12, die an einem Kühlflüssigkeitskreislauf 16 an- geschlossen sind. Dieser umfasst eine Kühlflüssigkeitspumpe 34, die die Kühlflüssigkeit von einer Saugleitung 30 über eine Druckleitung 32 durch den Zylinderblock 14 und den Zylinderkopf 12 sowie eine Rücklaufleitung 28 und einen Kühler 18 fördert. Ein Lüfter 20 fördert Kühlluft durch den Kühler 18. Parallel zum Kühler 18 ist eine Bypassleitung 24 vorgesehen, wobei ein Regelventil 26 an der Abzweigung der Bypassleitung 24 von der Rücklaufleitung 28 den Kühlflüssig- keitsstrom auf den Kühler 18 und die Bypassleitung 24 aufteilt. Ferner ist parallel zum Kühler 18 und der Bypasslei- tung 24 ein Heizungswärmetauscher 22 für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs geschaltet. Der Kühlkreislauf 16 kann noch weitere Kühler, Kühlflüssigkeitspumpen, Regelventile und Kühlzweige umfassen, die allerdings hier nicht im einzelnen dargestellt sind, da das erfindungsgemäße Verfahren für alle Arten von Kühlkreisläufen geeignet ist.
A Ausgang des Zylinderkopfs 12 der Brennkraftmaschine 10 ist ein Temperatursensor 36 angeordnet, der über Signalleitungen 38 mit einer elektronischen Steuereinheit 42 verbunden ist und entsprechend der Temperatur der Kühlflüssigkeit Signale an die Steuereinheit 42 sendet. Die Steuereinheit 42 erhält über weitere Signalleitungen 40 weitere Signale, aus denen sie das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 10, z.B. den Energiedurchsatz, ermittelt. Mit Hilfe von Kennfeldern 44, die in der Steuereinheit 42 gespeichert sind, wird ein Temperaturmodell erstellt, das Sollwerte für die Temperatur liefert. Die Sollwerte werden mit dem Istwert der Temperatur verglichen. Die Steuereinheit 42 setzt ein erstes Fehlersignal, das an einer Anzeigevorrichtung 46 angezeigt werden kann, bzw. im Speicher einer Steuereinheit 42 abge- legt wird, wenn die Abweichung des Istwerts der Kühl- flüssigkeitstemperatur vom Sollwert ein vorgegebenes Maß überschreitet.
Nach der Erfindung wird nun ein zweites Fehlersignal ge- setzt, das ebenfalls an der Anzeigevorrichtung angezeigt werden kann bzw. im Speicher der Steuereinheit 42 abgelegt wird und auf die Möglichkeit eines mangelnden Frostschutzes hinweist, wenn beim Start der Brennkraftmaschine 10 die Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt, ein erstes Fehlersignal. gesetzt wurde und nach einer vorgegebenen Zeit, die eine Funktion der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine 10 ist, das erste Fehlersignal nicht mehr vorhanden ist. Schließlich wird geprüft, ob eine eingebrachte Energiebilanz eine Schwelle überschreitet, die eine Funktion der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine 10 ist. Funktionen der Zeit und der Schwelle in Abhängigkeit von der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine sind in Kennfeldern 44 in der Steuereinheit 42 gespeichert.
Unter Umständen reicht es aus, zu prüfen, ob eine einge- brachte Energiebilanz der Brennkraftmaschine eine Schwelle überschreitet, so dass darauf verzichtet werden kann, ob das erste Fehlersignal nach einer vorgegebenen Zeit noch vorhanden ist.
Bezugszeichen
10 Brennkraftmaschine
12 Zylinderkopf
14 Zylinderblock
16 Kühlflüssigkeitskreislauf
18 Kühler
20 Lüfter
22 Heizungswärmetauscher
24 Bypassleitung
26 Regelventil
28 Rücklaufleitung
30 Saugleitung
32 Druckleitung
34 Kühlflüssigkeitspumpe
36 Temperatursensor
38 Signalleitung
40 Signalleitung
42 Steuereinheit
44 Kennfeld
46 Anzeigevorrichtung

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Überwachen eines Kuhlflussigkeitskreislaufs
(16) einer Brennkraftmaschine (10) , bei dem eine elektronische Steuereinheit (42) einen gemessenen Istwert einer Temperatur der Brennkraftmaschine (10) mit einem Sollwert der Temperatur vergleicht, die aus einem gespeicherten Modell ermittelt wird, das vom Energiedurchsatz der Brennkraftmaschine (10) abhängt, und die Steuereinheit (42) ein erstes Fehlersignal setzt, wenn die Abweichung des Istwerts der Temperatur von dem Sollwert der Temperatur ein vorgegebenes Maß überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Fehlersignal gesetzt wird, das auf die Möglichkeit eines mangelnden Frostschutzes hinweist, wenn ® eine Temperatur beim Start unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt, β ein erstes Fehlersignal vorlag, β das erste Fehlersignal nach einer vorgegebenen Zeit, die eine Funktion der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine (10) ist, nicht mehr vorhanden ist und • eine eingebrachte Energiebilanz eine Schwelle überschreitet, die eine Funktion der Temperatur beim Start der Brennkraftmaschine (10) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen der vorgegebenen Zeit und der Schwelle als Kennfelder (44) in der Steuereinheit (42) abgelegt sind.
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