WO2003056153A1 - Method for controlling electrically-operated components of a cooling system, computer programme, controller, cooling system and internal combustion engine - Google Patents

Method for controlling electrically-operated components of a cooling system, computer programme, controller, cooling system and internal combustion engine Download PDF

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WO2003056153A1
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cooling system
motor vehicle
engine
control
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Manfred Schmitt
Peter Deuble
Karsten Mann
Oliver Kaefer
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D2200/70Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle exterior
    • F02D2200/701Information about vehicle position, e.g. from navigation system or GPS signal

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the invention further relates to a computer program for an internal combustion engine of a motor vehicle, a control device for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle with controllable, electrically actuated components and an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • DE 37 01 584 C2 discloses a device for actuating a blind arranged on the radiator of a water-cooled internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the radiator blind is connected to an electric motor via a drive shaft, making it possible to move the blind between two settings.
  • one setting completely releases the cooler and is thus an upper operating limit temperature of the coolant assigned and in the second setting, the radiator blind is completely closed, which in principle is assigned to low coolant temperatures.
  • the radiator blind is controlled depending on the coolant temperature and additionally by an expansion element that responds at high cooling water temperatures and releases a coupling so that the blind under load automatically reaches its radiator release position in order to damage the cooling system and / or at high cooling water temperatures. or to prevent the internal combustion engine.
  • a device and a method for engine cooling is known, in which a mechanical and an electric coolant pump are assigned to the engine to be cooled, the electric coolant pump being controlled by an electronic switching device.
  • the delivery rate of the electric pump is determined depending on the operating parameters of the motor to be cooled and other sizes, while the mechanical pump is designed for a basic delivery rate.
  • the cooling system according to DE 37 38 412 AI consists of two coolant paths, with a heat exchanger operated as a cooler being arranged in the first coolant path, the cooling capacity of which can be changed with the aid of a cooler blind and a fan or fan.
  • a further heat exchanger is arranged in the second coolant path or alternatively in a separate coolant circuit, the waste heat of which is used for heating purposes or for further engine cooling.
  • the second cooling circuit can be used in particular for engine cooling in that an air flap can be opened by the electronic switching device, the air flap blocking the hot air duct and opening an air duct opening outdoors.
  • the Waste heat from the engine is not released into the interior of the motor vehicle, but into the environment.
  • the electronic switching device that controls the electric pump and the other components, blinds, blowers and mixing valves receives further information such as the engine operating temperature, the engine compartment temperature, temperatures of engine parts, the ambient temperature, engine speed, driving speed and a pressure signal from the coolant fed.
  • the delivery capacity of the electric pump can be precisely adjusted to the required cooling capacity.
  • the coolant bypasses the engine cooler. This measure ensures that the engine warms up to the operating temperature as quickly as possible, since an internal combustion engine has the maximum efficiency at the optimum operating temperature.
  • the measurement of the driving speed has a particular influence on the actuation of the blind and the fan. At higher speeds, for example, it would be inappropriate to keep the blinds closed and to switch on the fan. Such inappropriate operating states can be identified and avoided with the electronic switching device.
  • a rapid achievement and precise maintenance of the coolant temperature is made possible. This keeps the motor in a temperature range with maximum efficiency.
  • the quick heating process reduces wear at low operating temperatures.
  • the electronic switchgear also excludes non-sensible operating states.
  • thermal management system can be flexibly expanded with additional components such as an electric auxiliary heater. Networking with electronically controlled air conditioning systems is possible.
  • DE 198 31 901 AI discloses a device for cooling an engine for a motor vehicle.
  • the division of the coolant flows into individual partial circuits is not achieved via thermostatic valves as active elements, but via at least one further pump operated in addition to a main water pump.
  • the main water pump is supported by using such an additional water pump.
  • the main water pump can thus be smaller Power operated or dimensioned smaller.
  • the object is achieved by a method for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, the components being controlled by a control device as a function of the current operating point of the motor vehicle in such a way that there is an optimum overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system results.
  • the alignment of the control of the electrically operable components of the cooling system to the overall efficiency of the motor vehicle reduces the overall energy requirement of the motor vehicle and thus the fuel consumption. If the control of the electrically actuatable components is aligned with an optimal overall efficiency of the cooling system, this results in an energy-minimized control of the electrically actuatable components, which in turn leads to a reduction in fuel consumption of the internal combustion engine.
  • target values for controlling the components are stored in characteristic maps in a memory of the control device. These predefined target values ensure optimal control of the electrically operable components of the cooling system.
  • the map data is stored particularly advantageously as a function of at least one of the following influencing variables: vehicle speed, ambient temperature, temperature of the coolant, engine temperature, engine load or valve positions in the cooling system. Further advantageous influencing variables result from the following description of exemplary embodiments.
  • the preferred development of the method according to the invention provides that the setpoint values taken from the characteristic diagrams are used to pre-control the electrically actuable component.
  • the control quality of the control is improved by the pilot control.
  • the precontrol particularly advantageously results in a configuration for controlling the respective electrically actuable component for each operating point, which is optimized for a minimum actuating energy of the component.
  • This measure according to the invention can ensure that the electrically operable components of the cooling system are controlled in their entirety at any time with minimal actuating energy.
  • the preferred development of the method according to the invention provides that an optimal efficiency of the cooling system is achieved in that the setting of a target operating state of the cooling system is optimized for minimum actuating energy of the components.
  • the components are assigned different priorities depending on the operating point of the motor vehicle. If, according to the invention, the priorities are determined as a function of the necessary actuating energy or drive energy of the respective electrically actuatable component at the respective operating point, it is ensured in a particularly reliable manner that the setting of the desired operating state of the cooling system is achieved with minimal actuating energy of the electrically actuatable components.
  • the boundary condition can be specified that a radiator fan is only activated when a radiator mixing valve is open to the radiator by more than 80%.
  • a cooler-mixing valve is to be understood as a 3-way valve which adjusts the mixing ratio between the cooler and bypass branches.
  • a radiator blind can only be opened further if the valve opening to the bypass branch is smaller than a predeterminable value. It should be noted here that the radiator blind is always slightly open, since a completely closed radiator blind means that no heat can be dissipated via the radiator; valve intervention would be ineffective in this case.
  • a control value for a component results from a sum of a pilot control value and a controller value linked to a priority.
  • This type of control value formation ideally combines the advantages of a pilot control value (input energy-optimized pilot control values, less control effort, etc.) with the advantages of controller values linked with a priority.
  • a controller value for control is advantageously forwarded to the electrically actuatable component, which, according to the priority, leads to a minimum actuating energy with a view to the optimal overall efficiency of the entire cooling system.
  • the control values are advantageously filtered over time, so that there is only a limited need to react to sudden load changes.
  • the cooling system is advantageously given a target temperature as the target variable.
  • a further embodiment provides that the change in the setpoint temperature over time is limited, as a result of which the control quality can be improved and, likewise, there is only a limited need to react to sudden load changes.
  • the computer program has a sequence of instructions which are suitable for carrying out the method according to the invention when they are executed on a computer.
  • the sequence of commands can be stored on a computer-readable data carrier, for example on a floppy disk, a compact disk, a so-called flash memory or the like.
  • the computer program can optionally be sold together with other computer programs as a software product, for example to a manufacturer of control units for internal combustion engines.
  • the software product can be transmitted by sending a floppy disk or a CD, the content of which the control device manufacturer then transfers to the control device. It is also possible that a flash memory is sent to the control unit manufacturer, which the control unit manufacturers directly in the control unit uses. It is also possible that the software product has an electronic
  • Communication network in particular via the Internet, is transmitted to the control unit manufacturer.
  • the software product as such i.e. independent of an electronic storage medium - represents the sales product.
  • the control unit manufacturer loads the software product, e.g. from the Internet in order to then save it, for example, on a flash memory and use it in the control unit.
  • the computer program can also be sold as a separate software product that a manufacturer of control units transmits into the control unit together with other software products from other (third-party manufacturers).
  • the software product according to the invention is a module that is compatible with other modules from other manufacturers.
  • the invention is implemented by the computer program, so that this computer program represents the invention in the same way as the method for which the computer program is suitable for execution. This applies regardless of whether the computer program is stored on a storage medium or whether it is present as such - that is, independently of a storage medium.
  • the object is further achieved by a control device for controlling electrically actuatable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, the components being controllable by the control device in dependence on the current operating point of the motor vehicle in such a way that an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or Cooling system is achieved.
  • a cooling system via an internal combustion engine of a motor vehicle with controllable, electrically actuable components, the components being controllable by a control device depending on the current operating point of the motor vehicle in such a way that an optimum overall efficiency of the motor vehicle and / or the Cooling system results.
  • an internal combustion engine of a motor vehicle in which electrically actuable components of a cooling system for the internal combustion engine can be controlled, the components being able to be controlled by a control device depending on the current operating point of the motor vehicle in such a way that an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the method according to the invention
  • Figure 2 shows a second, more concrete embodiment of the method
  • FIG. 3 shows an embodiment of the cooling system according to the invention.
  • a cooling circuit generally includes a heat source to be cooled, for example the vehicle engine, which is cooled by means of a cooling medium by free or forced convection.
  • the temperature difference over the heat source depends on the heat input and the size of the volume flow of the coolant, while the absolute temperature of the cooling medium is determined by the heat input from the heat source, the heat dissipation via coolers in circulation and the heat capacities of the materials.
  • Mechanical water pumps currently used in engine cooling systems of motor vehicles which are driven by V-belts from the crankshaft of the engine, are dimensioned so that in the most critical operating state, i.e. when driving uphill with medium speed, high load and low vehicle speed, there is no impermissible temperature difference above the engine arises.
  • the mixing ratio between a bypass line and the cooler branch is set by an expansion-controlled thermostatic valve depending on the coolant temperature. This valve is dimensioned so that it is fully open from a fixed temperature. This prevents impermissibly high coolant temperatures.
  • a controllable coolant pump is used according to the invention.
  • the thermostat is replaced by an adjustable proportional valve.
  • continuously variable cooling fans and / or cooling blinds are provided for the system.
  • the cooling system according to the invention enables the engine cooling system to be controlled or regulated as required with the aim of reducing fuel consumption and reducing emissions Comply with emission limits and also increase comfort. Critical limits of the component load are not exceeded. This is achieved through the optimization of the coolant volume flow and the load-dependent regulation of the temperature level of the engine. For example, the coolant temperature is raised in part-load operation and lowered in full-load operation. The engine power is increased due to the associated higher degree of filling.
  • the invention represents a logic integrated in the engine control, which carries out the distribution of the heat flows intelligently and as a function of priority. This is explained in more detail in the context of the description of FIGS. 1 to 3.
  • FIGS. 1 and 2 show exemplary embodiments of the method according to the invention, with FIG. 1 representing a general and FIG. 2 a special exemplary embodiment.
  • the actual or measured value acquisition is started in a step 101.
  • Values such as engine speed, engine load, cooling circuit status, vehicle speed, driver type, vehicle status, temperature at the radiator outlet, temperature at the engine inlet, temperature at the engine outlet or temperature of the engine itself are determined.
  • the cooling circuit status here means different coolant temperatures (e.g. temperature at the radiator outlet, temperature at the engine outlet, etc.) or actuator conditions (e.g. utilization of the coolant pump or radiator fan).
  • coolant temperatures at the engine outlet and at the radiator outlet are taken into account for pilot control. It is within the Invention that further temperatures or volume flows - both measured and observed - can be taken into account.
  • the vehicle state is understood to mean different vehicle state variables (e.g. vehicle speed, acceleration, load, incline, etc.). It is within the scope of the invention to modify the exemplary embodiments in such a way that future, expected variables are also taken into account. For example, an upcoming uphill or downhill ride could be taken into account by means of a navigation system. E.g. the system does not need to be cooled down as far downhill immediately before the start and the energy-intensive start-up of the coolant pump and radiator fan could be dispensed with, since a short-term reduction in the coolant temperature can be achieved simply by intervening in the radiator mixing valve.
  • vehicle state variables e.g. vehicle speed, acceleration, load, incline, etc.
  • target values are formed in step 102. These can be, for example, target values for the engine temperature, for the engine differential temperature or the so-called cooling reserve, which represents the differential temperature from the target value of the engine inlet temperature and the radiator outlet target temperature. These target values are taken from the characteristic diagrams stored in the memory of the control unit in accordance with the previously determined actual values. Following the formation of the setpoint value, the setpoint / actual deviation of the previously determined setpoint values is determined in step 103. These target / actual deviations in accordance with step 103 are used as controller input variables for determining the controller values in step 104. If necessary, the controller values are determined taking into account further parameters, for example the coolant volume flow.
  • controller preferably PI controller (proportional-integral controller) or PID controller used.
  • the controller values determined in step 104 are linked with a prioritization in a subsequent step 105. The determination of the prioritization, which takes place in steps 111 and 112, will be discussed later.
  • a pre-control value for the respective component is determined in a step 106 following step 101.
  • This can be, for example, a pilot control value for a radiator mixing valve, a coolant pump, a radiator fan or a radiator blind.
  • the pilot control values are taken from the characteristic maps stored in the memory of the control unit in analogy to the target values in accordance with certain input parameters.
  • the pilot control values after step 106 are linked in a step 107 with the prioritized controller values. This means that in addition to the pre-control values after step 106, step 107 also receives the prioritized controller values after step 105.
  • the linking of the pilot control values with prioritized controller values after step 107 can be additive or multiplicative.
  • step 107 the previously determined control signals are filtered in step 108.
  • step 109 the respective control signal for the various electrically actuable components, for example the cooler mixing valve, the coolant pump, the radiator fan or the radiator blind, is obtained.
  • step 110 which follows step 109, the components are finally controlled directly or indirectly (via output stages) by the engine control unit in accordance with the determined control signal.
  • step 111 which is likewise the one in step 101 certain actual or measured values are supplied.
  • the respective actuating energy of the respective electrically actuable component is determined in step 111 by means of an observer.
  • a prioritization is carried out in a step 112 on the basis of the previously determined actuating energy of the respective electrically actuatable component and further input variables, such as the vehicle state, in accordance with the necessary actuating energy of the various electrical components. Particular attention is paid to the water pump and the fan, since these electrically operated components represent those with the greatest energy requirements.
  • the initial value of the prioritization after step 112 flows into step 105, which has already been described above.
  • FIG. 2 shows a practical example or a practical embodiment of the exemplary embodiment of the method according to the invention for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, which is described more generally in FIG.
  • the various areas of the method corresponding to FIG. 1 are recorded on a line in the upper area of FIG.
  • the first area of the “actual values” corresponds to method step 101 according to FIG. 1.
  • the second area “feedforward control” corresponds to method step 106 according to FIG. 1.
  • the area “setpoints” corresponds to method step 102 according to FIG. 1.
  • the area “controller” corresponds to the method steps 103 and 104 according to FIG. 1.
  • the subsequent “prioritization” area corresponds to method steps 112, 105 and 107 according to FIG. 1.
  • the “filtering” area corresponds to method step 108 and the last area “control”. corresponds to method steps 109 and 110 according to FIG. 1.
  • Method step 111 according to FIG. 1 corresponds to method step 233 according to FIG. 2, which will be discussed in more detail later.
  • the method according to the invention begins with the actual or measured value acquisition.
  • the values of engine speed, engine load, cooling circuit condition, engine outlet temperature T_MA, the speed of the vehicle V_vehicle and the driver type are recorded.
  • the driver type value here a distinction is made, for example, between a sporty and a more conservative driver, can usually be taken from a transmission control system where this signal is present.
  • the target engine temperature Tmot, target is determined in a step 201 from the input variables engine speed and engine load.
  • the target engine temperature is taken from a map stored in the memory of the control unit of the motor vehicle.
  • the target value for the engine temperature Tmot, target determined in step 201 is passed to a connection point 202, at which the target / actual deviation is determined.
  • the current measured (or otherwise calculated or determined) engine temperature Tmot is subtracted from the previously determined target engine temperature Tmot in step 202 or at node 202.
  • the result of this Söulst deviation determination in step 202 is fed to a controller 203.
  • the controller can be, for example, a proportional integral controller (PI), a PID controller or a fuzzy controller.
  • a signal is fed to the controller as a further input variable, which makes a statement about the coolant volume flow.
  • This signal is determined in a step 233, which is discussed in more detail below becomes.
  • the controller value is linked to a prioritization after step 203.
  • the prioritization of the individual electrically actuable components was previously carried out in step 234, which will also be discussed later.
  • the linkage is, for example, multiplicative, as a result of which the previously determined controller value can drop to zero in extreme cases.
  • a pre-control value for a cooler mixing valve X_valve see reference numeral 302 in FIG.
  • step 205 is determined from the input variables engine load, engine speed and cooling circuit state in a step 205.
  • step 205 the determined pilot control value for the cooler mixing valve X__Ventil is fed to a node 206, to which the prioritized controller value after step 204 is also fed.
  • the link is now made, for example by adding, the pilot control and the prioritized controller value for the cooler-mixing valve.
  • step 207 The filtering can take place, for example, in that the change in the control value for the cooler mixing valve is limited by an upper limit. This avoids reacting too quickly to sudden load changes.
  • the control signal for the cooler-mixing valve 208 results as a result of the filtering after step 207, or in step 208 the cooler-mixing valve is controlled with the previously determined control signal. Steps 201 to 208 thus represent the determination of the control signal for the cooler mixing valve.
  • a setpoint for the engine differential temperature ⁇ Tmot, target is first determined from a characteristic diagram, which is stored in the memory of the control unit, from the input variables engine load and temperature at the engine output T_MA. This determined motor difference setpoint value ⁇ Tmot, should be fed to a node 210. The setpoint / actual deviation of the engine differential temperature ⁇ Tmot, setpoint is determined at this node 210 in the real, measured value of the engine difference temperature setpoint value ⁇ Tmot, setpoint supplied from step 209
  • step 210 Motor differential temperature (temperature at the motor output minus temperature at the motor input, T_MA - T_ME) is subtracted.
  • the result from step 210 is fed to a controller in step 211, which can be designed as a PI controller, for example.
  • the controller value after step 211 is fed to a link point 212, where the controller value after step 211 is linked to a prioritization.
  • This prioritization is determined in a step 213 and is based on the controller value after step 203 and the prioritization after step 234.
  • the link in step 212 is generally carried out multiplicatively.
  • the result of the link between the controller value after step 211 and the prioritization after step 213 is fed to a further link point 214.
  • the further input variable of node 214 is the pilot control value of the control variable (eg number of revolutions) of the coolant pump U_Pumpe, which is supplied by a step 215.
  • the pilot control value for the coolant pump U_Pumpe is taken from a map stored in the memory of the engine control unit.
  • the result of the link in node 214 or in step 214 is fed to a maximum value selection 216.
  • the maximum value selection 216 next to the Input signal from node 214 fed another input signal.
  • This further input signal for the maximum value selection 216 is the minimum volume flow which was extracted in step 217 from the input signals engine load and temperature at the engine output T_MA from a map in the memory of the engine control unit and which ensures a certain minimum volume flow of the coolant.
  • This maximum value selection in step 216 ensures that a certain minimum volume flow is guaranteed in accordance with the respective operating situation.
  • the result of the maximum value selection after step 216 is fed to a filter in step 218.
  • the filter in step 218, which is equivalent to step 207 the drive signal for the coolant pump is available in step 219.
  • the control signal for the radiator fan (reference number 317 in FIG. 3) is generated.
  • a pre-control value for the control of the fan U__Lstageer (for example number of revolutions or control voltage) is determined on the basis of the input variables engine load and vehicle speed V_vehicle from a map stored in the memory of the engine control unit.
  • This pilot control value for controlling the fan after step 220 is fed to a link point 221, to which a prioritized controller value is also fed after step 222.
  • the prioritization unit 222 is supplied with input values of the controller output after step 203, the output signal of the prioritization after step 234 and the output of a controller unit 227, which will be discussed further below.
  • a prioritized controller value is generated in step 222, which, together with the pilot control value for controlling the fan after step 220, links node 221 is merged.
  • the output of node 221 is fed to a filter 223, which functions analogously to the filters after steps 207 and 218.
  • the output signal of the filter 223 is the control signal 224 for the engine fan of the cooling system.
  • the prioritization step 222 was also supplied with the output signal of a controller 227, which will now be explained in the following:
  • the target value for the cooler differential temperature .DELTA.T_cooler, determined after step 225, is fed to a node 226, at which the cooler reserve is to be subtracted from the cooler differential temperature setpoint.
  • the cooling reserve is generally to be understood as the difference between the engine temperature Tmot and the temperature at the radiator outlet T_KA (in particular e.g.
  • connection point 226 is fed to the controller already mentioned in step 227.
  • a signal representing the coolant volume flow from step 233 is fed to the controller in step 227.
  • the controller after step 227 can be designed as a PI controller, for example.
  • Steps 228 to 232 represent the control signal determination for a radiator blind (reference symbol 316 in FIG. 3).
  • the controller is fed to a prioritization 228.
  • the prioritization in step 228 is supplied with the output signal of the prioritization 234, which will be discussed in more detail later.
  • the output signal of the prioritization after step 228, that is the prioritized controller value after step 227 is fed to a node 230.
  • a pre-control value for the control of the radiator blind X_Jalousie is determined from a characteristic map from the input signals engine load and vehicle speed V_vehicle in a step 229.
  • the link after step 230 can be additive.
  • the output signal of the link after step 230 is fed in step 231 to a filter analogous to steps 207, 218 and 223 in step 231.
  • the output signal of the filter after step 231 finally represents the control signal 232 for the radiator blind.
  • Step 233 represents an observer to whom, in addition to the engine load, the control signals for the cooler mixing valve 208, for the coolant pump 219, for the cooler fan 224 and for the blind 232 are supplied. Using the supplied data, the observer determines the currently prevailing coolant volume flow and makes it available as an output signal. As already described above, this output signal is fed to the controllers 203 and 227. The actuating energy required for the respective components is output as a further output variable of the observer after step 233 and transferred to the prioritization in step 234. The vehicle status is fed to the prioritization in step 234 as a further input variable. Knowing the state of the vehicle and the respective actuating energy, a for in step 234 the respective electrically operable components generate an individual priority signal and transmit them to the respective prioritizations in step 204, step 213, step 222 and 228.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a device according to the invention.
  • a block 300 is shown as the central unit, which is intended to symbolize the engine block of an internal combustion engine.
  • a cooling medium that serves to cool the engine block 300 flows out of the engine block 300 via a line 301.
  • This cooling medium in line 301 is passed via a cooler mixing valve 302 into a line 303.
  • the coolant continues to flow from a line 303 into a cooler 304. After the cooler 304, the coolant flows through a line 305 towards the coolant pump 307.
  • the coolant pump 307 pumps the coolant back into the engine block 300 via a line 308 Part of the cooling medium from line 301 is conducted from the cooler mixing valve 302 via a line 306, the so-called bypass line, past the cooler 304 directly into line 305.
  • a temperature sensor 312 detects the engine temperature Tmot
  • a temperature sensor 313 detects the engine output temperature T_MA
  • a temperature sensor 314 detects the
  • Radiator outlet temperature T_KA and a temperature sensor 315 detect the engine inlet temperature T_ME.
  • Tmot could e.g. an internal coolant or component temperature or the engine outlet temperature.
  • radiator blind 316 serves to isolate the radiator 304 from the cooling wind in certain operating situations, whereas the radiator fan 317 leads to increased cooling of the cooling medium in the radiator 304.
  • control unit 318 which is generally the engine control unit of the internal combustion engine and which, in addition to controlling the cooling system, takes on further tasks, such as controlling the engine combustion.
  • the signals from the temperature sensors 312, 313, 314 and 315 are fed to the control unit 318 via the signal lines 321, 323, 324 and 326.
  • control unit 318 outputs output signals for actuating electrically operable components 302, 304, 316 and 317. Specifically, these are the control signal for controlling the cooler mixing valve 302 via the signal line 319, the signal line 320 for controlling the radiator blind 316, the signal line 322 for controlling the cooler fan 317 and the signal line 325 for controlling the coolant pump 307.
  • control unit 318 there is a memory element, not shown in FIG. 3, in which the characteristic diagrams shown in FIG. 2 are stored.
  • the other functions shown in FIG. 2, such as controller, prioritization, observer, maximum value selection and filter, are all functionally integrated in control unit 318. It is not essential to the invention whether the functions are integrated in the control device as hardware, that is to say via circuits, or via software.
  • Software integrated in control unit 318 which is suitable for carrying out the method according to the invention for controlling electrically actuable components of the cooling system, thus fulfills the invention in the same way as a hard-wired circuit model.
  • the desired setpoint temperature of the cooling medium or a temperature internal to the engine is regulated at any time by the method according to the invention or the cooling system according to the invention, this regulation being implemented with minimal expenditure of actuating energy.
  • setpoints are predefined in accordance with the cooling circuit states for the overall energy-optimal state of the vehicle.
  • the pilot control indicators of the controller structure are marked so that for each operating point there is a configuration of the actuators that is as close as possible to the energetic optimum and with which the target values are achieved as far as possible. Any necessary corrections are made through controller interventions.
  • the prioritization decides whether and, if necessary, to what extent the control intervention is added to the control element as a control signal, or whether another control element is controlled instead or whether the current control deviation should not be reduced.
  • the prioritization can also decide whether a Realization of the desired cooling circuit state from the current cooling circuit state makes energy sense. However, deviations from the target specifications are only permissible for less critical operating conditions.
  • the radiator fan may only be activated when the radiator mixing valve is open to the radiator by more than 80%.
  • the radiator blind must not be opened via an opening of, for example, x%, as long as the radiator mixing valve is open to, for example, y% of the radiator.
  • radiator fan may only be switched on in certain engine speed ranges due to its high noise level.
  • the prioritization brings the control of the cooling system closer to the energetic optimum.
  • the cooling system is - if possible - with a
  • the cooling capacity to be discharged is preferably regulated by the radiator valve or the radiator mixing valve. Only when the required cooling capacity can no longer be achieved with these specifications, is a combination of the position of the radiator blind, coolant pump and radiator fan optimized for the desired energy level.
  • the invention ensures that the component load and the formation of so-called hot spots do not go beyond the permissible level.

Abstract

The invention relates to a method for controlling electrically-operated components of a cooling system for an internal combustion engine on a motor vehicle. The invention further relates to a computer programme for an internal combustion engine on a motor vehicle, a controller for controlling electrically-operated components of a cooling system for an internal combustion engine on a motor vehicle, a cooling system for an internal combustion engine, comprising controlled electrically-operated components and an internal combustion engine for a motor vehicle.

Description

Verfahren zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems, Computerprogramm, Steuergerät, Kühlsysterα und BrennkraftmaschineMethod for controlling electrically operable components of a cooling system, computer program, control device, cooling system and internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs . Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, ein Steuergerät zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit ansteuerbaren, elektrisch betätigbaren Komponenten und eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs .The invention relates to a method for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle. The invention further relates to a computer program for an internal combustion engine of a motor vehicle, a control device for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle with controllable, electrically actuated components and an internal combustion engine of a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Aus der DE 37 01 584 C2 ist eine Vorrichtung zum betätigen einer am Kühler eines wassergekühlten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs angeordneten Jalousie bekannt. Die Kühlerjalousie ist über eine Antriebswelle mit einem Elektromotor verbunden, womit es möglich ist, die Jalousie zwischen zwei Einstellungen zu bewegen. Hierbei gibt die eine Einstellung den Kühler vollständig frei und ist somit einer oberen Betriebsgrenztemperatur der Kühlflüssigkeit zugeordnet und in der zweiten Einstellung ist die Kühlerjalousie vollständig geschlossen, was prinzipiell niedrigen Kühlmitteltemperaturen zugeordnet ist. Die Ansteuerung der Kühlerj lousie erfolgt in Abhängigkeit von der Kühlflüssigkeitstemperatur und zusätzlich durch ein Dehnstoffelement, das bei hohen Kühlwassertemperaturen anspricht und eine Kupplung löst, so dass die unter Last stehende Jalousie selbsttätig in ihre Kühlerfreigabestellung gelangt, um bei hohen Kühlwassertemperaturen eine Schädigung des Kühlsystems und/oder des Verbrennungsmotors zu verhindern.DE 37 01 584 C2 discloses a device for actuating a blind arranged on the radiator of a water-cooled internal combustion engine of a motor vehicle. The radiator blind is connected to an electric motor via a drive shaft, making it possible to move the blind between two settings. Here, one setting completely releases the cooler and is thus an upper operating limit temperature of the coolant assigned and in the second setting, the radiator blind is completely closed, which in principle is assigned to low coolant temperatures. The radiator blind is controlled depending on the coolant temperature and additionally by an expansion element that responds at high cooling water temperatures and releases a coupling so that the blind under load automatically reaches its radiator release position in order to damage the cooling system and / or at high cooling water temperatures. or to prevent the internal combustion engine.
Aus der DE 37 38 412 AI ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Motorkühlung bekannt, bei dem dem zu kühlenden Motor eine mechanische und eine elektrische Kühlmittelpumpe zugeordnet sind, wobei die elektrische Kühlmittelpumpe von einem elektronischen Schaltgerät angesteuert wird. Die Förderleistung der elektrischen Pumpe wird in Abhängigkeit von Betriebskennwerten des zu kühlenden Motors sowie weiterer Größen festgelegt, während die mechanische Pumpe für eine Grundförderleistung ausgelegt ist. Das Kühlsystem entsprechend der DE 37 38 412 AI besteht aus zwei Kühlmittelwegen, wobei in dem ersten Kühlmittelweg ein als Kühler betriebener Wärmetauscher angeordnet ist, dessen Kühlleistung mit Hilfe einer Kühlerjalousie sowie eines Ventilators beziehungsweise eines Lüfters veränderbar ist. Im zweiten Kühlmittelweg oder alternativ in einem separaten Kühlmittelkreislauf ist ein weiterer Wärmetauscher angeordnet, dessen Abwärme zu Heizungszwecken oder zur weiteren Motorkühlung verwendet wird. Der zweite Kühlkreislauf kann insbesondere dadurch zur Motorkühlung verwendet werden, dass eine Luftklappe durch das elektronische Schaltgerät geöffnet werden kann, wobei die Luftklappe den Heizluftkanal sperrt und einen im Freien mündenden Luftkanal freigibt. Mit anderen Worten: Die Abwärme des Motors wird nicht in den Innenraum des Kraftfahrzeugs, sondern an die Umgebung abgegeben. Das die elektrische Pumpe und die übrigen Komponenten, Jalousie, Gebläse und Mischventile ansteuernde elektronische Schaltgerät erhält, zusätzlich zur Kühlmitteltemperatur, weitere Informationen wie beispielsweise die Motorbetriebstemperatur, die Motorraumtemperatur, Temperaturen von Motorteilen, die Umgebungstemperatur, die Motordrehzahl, die Fahrgeschwindigkeit sowie ein Drucksignal des Kühlmittels zugeführt. Mit diesen Informationen ist eine präzise Anpassung der Förderleistung der elektrischen Pumpe an die erforderliche Kühlleistung möglich. Bei kaltem Motor fließt das Kühlmittel über einen Bypass am Motorkühler vorbei. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass sich der Motor möglichst rasch auf die Betriebstemperatur erwärmt, da ein Verbrennungsmotor bei optimaler Betriebstemperatur den maximalen Wirkungsgrad aufweist. Die Messung der Fahrgeschwindigkeit hat insbesondere auf die Betätigung der Jalousie und des Ventilators Einfluß. Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten wäre es beispielsweise unzweckmäßig, die Jalousie geschlossen zu halten und den Ventilator einzuschalten. Derartige unzweckmäßige Betriebszustände sind mit dem elektronischen Schaltgerät erkenn- und vermeidbar. Entsprechend der Vorrichtung und dem Verfahren zur Motorkühlung nach der DE 37 38 412 AI wird ein schnelles erreichen und präzises halten der Kühlmitteltemperatur ermöglicht. Der Motor wird dadurch in einen Temperaturbereich mit maximalem Wirkungsgrad gehalten. Der schnelle Aufheizvorgang reduziert den Verschleiß bei niedrigen Betriebstemperaturen. Das elektronische Schaltgerät schließt darüber hinaus nicht sinnvolle Betriebszustände aus .From DE 37 38 412 AI a device and a method for engine cooling is known, in which a mechanical and an electric coolant pump are assigned to the engine to be cooled, the electric coolant pump being controlled by an electronic switching device. The delivery rate of the electric pump is determined depending on the operating parameters of the motor to be cooled and other sizes, while the mechanical pump is designed for a basic delivery rate. The cooling system according to DE 37 38 412 AI consists of two coolant paths, with a heat exchanger operated as a cooler being arranged in the first coolant path, the cooling capacity of which can be changed with the aid of a cooler blind and a fan or fan. A further heat exchanger is arranged in the second coolant path or alternatively in a separate coolant circuit, the waste heat of which is used for heating purposes or for further engine cooling. The second cooling circuit can be used in particular for engine cooling in that an air flap can be opened by the electronic switching device, the air flap blocking the hot air duct and opening an air duct opening outdoors. In other words: the Waste heat from the engine is not released into the interior of the motor vehicle, but into the environment. In addition to the coolant temperature, the electronic switching device that controls the electric pump and the other components, blinds, blowers and mixing valves receives further information such as the engine operating temperature, the engine compartment temperature, temperatures of engine parts, the ambient temperature, engine speed, driving speed and a pressure signal from the coolant fed. With this information, the delivery capacity of the electric pump can be precisely adjusted to the required cooling capacity. When the engine is cold, the coolant bypasses the engine cooler. This measure ensures that the engine warms up to the operating temperature as quickly as possible, since an internal combustion engine has the maximum efficiency at the optimum operating temperature. The measurement of the driving speed has a particular influence on the actuation of the blind and the fan. At higher speeds, for example, it would be inappropriate to keep the blinds closed and to switch on the fan. Such inappropriate operating states can be identified and avoided with the electronic switching device. According to the device and the method for engine cooling according to DE 37 38 412 AI, a rapid achievement and precise maintenance of the coolant temperature is made possible. This keeps the motor in a temperature range with maximum efficiency. The quick heating process reduces wear at low operating temperatures. The electronic switchgear also excludes non-sensible operating states.
In einer Pressemitteilung der Robert Bosch GmbH Stuttgart anläßlich der IAA 2001 wurde ein T ermomanagementsystem mit seinen Komponenten vorgestellt. Entsprechend der Pressemitteilung sind die Voraussetzungen für eine situationsgerechte Temperaturregelung elektromotorisch angetriebene, stufenlos regelbare Komponenten: eine Wasserpumpe, Proportional-Regelventile, ein angepaßtes Kühlergebläse und eine Kühlerjalousie, die allesamt über eine in einem Motorsteuergerät integrierte Elektronik angesteuert werden. Entkoppelt von der Motordrehzahl regelt dieses System Kühlmitteltemperatur und Volumenstrom besser als thermostat- und riemengetriebene Wasserpumpen es vermögen. Sekundenschnelle Anpassung an thermische Veränderungen auch bei abgeschaltetem Motor und permanente Funktionsüberwachung vermeiden Probleme wie dauerhaft „unterkühlt" laufende Motoren und unbemerkte Überhitzung bei Spitzenlast. Mit dem Thermomanagement modifizierte Motoren können künftig im Leerlauf oder Teillastbetrieb auf einem erstrebenswert höheren Temperaturniveau gehalten werden. Reduzierte Reibungsverluste, verbesserte Verbrennung und somit verminderte Abgasemissionen, aber auch Verbrauchsreduzierung und Erhöhung des Heizkomforts im Fahrzeuginnenraum sind die Folge. Ein solches Thermomanagementsystem kann mit zusätzlichen Komponenten wie beispielsweise einem elektrischen Zuheizer flexibel erweitert werden. Eine Vernetzung mit elektronisch geregelten Klimaanlagen ist möglich.In a press release from Robert Bosch GmbH Stuttgart on the occasion of the IAA 2001, a term management system was included presented its components. According to the press release, the prerequisites for a situation-specific temperature control are electromotive, continuously adjustable components: a water pump, proportional control valves, an adapted radiator fan and a radiator blind, all of which are controlled by electronics integrated in an engine control unit. Decoupled from the engine speed, this system controls coolant temperature and volume flow better than thermostatic and belt-driven water pumps. Adaptation to thermal changes in a matter of seconds, even when the engine is switched off, and permanent function monitoring avoid problems such as engines that run permanently "supercooled" and unnoticed overheating at peak load This results in combustion and thus reduced exhaust emissions, but also a reduction in consumption and increased heating comfort in the vehicle interior. Such a thermal management system can be flexibly expanded with additional components such as an electric auxiliary heater. Networking with electronically controlled air conditioning systems is possible.
Die DE 198 31 901 AI offenbart eine Vorrichtung zum kühlen eines Motors für ein Kraftfahrzeug. Bei dem offenbarten Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors wird die Aufteilung der Kühlmittelströme in einzelne Teilkreisläufe nicht über Thermostatventile als aktive Elemente erreicht, sondern über mindestens eine weitere, zusätzlich zu einer Hauptwasserpumpe betriebene, Pumpe. Durch den Einsatz einer solchen Zusatzwasserpumpe wird die Hauptwasserpumpe unterstützt. Die Hauptwasserpumpe kann somit mit kleinerer Leistung betrieben beziehungsweise kleiner dimensioniert werden. Entsprechend der DE 198 31 901 AI ist es auch möglich, mehrere, hinsichtlich ihrer Leistung ähnliche Pumpen im Kühlmittelkreislauf zu benutzen, die dann speziell zugeordnete Kühlaufgaben wahrnehmen. Beispielshaf ist angeführt, dass der Zylinderkopf des Motors separat und regelbar gekühlt wird oder dass einzelne Zylinder von jeweils einer Pumpe mit Kühlmittel versorgt werden. Damit ergibt sich auch die Möglichkeit, verschiedene Temperaturniveaus in den Zylindern des Motorblocks gezielt einzustellen. Durch die Verwendung elektromotorisch betriebener, unabhängiger und von der Drehzahl des Motors unabhängig regelbarer Pumpen ist es möglich, dass der Kühlmittelstrom in Teilströme aufgeteilt wird, die jeweils entsprechend der thermischen Belastung des Motors eingestellt werden können. Im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen kann eine effizientere und somit auch energiesparendere Form der Motorkühlung realisiert werden. Die DE 198 31 901 AI weist darauf hin, dass sich durch die regelbare Pumpe die Einstellung eines definierten Volumenstromes durch den Wärmetauscher (Wärmetauscher zur Beheizung des Fahrgastraumes) auf einfache Weise regeln läßt. Die Schalt- und Regelvorgänge im Kühlkreislauf werden von einem übergeordneten Steuergerät erfaßt, dessen Programmierung im Hinblick auf die Kühlung des Motors und dessen Energieverbrauch möglichst effizient betrieben wird.DE 198 31 901 AI discloses a device for cooling an engine for a motor vehicle. In the disclosed cooling circuit of an internal combustion engine, the division of the coolant flows into individual partial circuits is not achieved via thermostatic valves as active elements, but via at least one further pump operated in addition to a main water pump. The main water pump is supported by using such an additional water pump. The main water pump can thus be smaller Power operated or dimensioned smaller. According to DE 198 31 901 AI, it is also possible to use several pumps with similar performance in the coolant circuit, which then perform specially assigned cooling tasks. It is given as an example that the cylinder head of the engine is cooled separately and controllably, or that individual cylinders are supplied with coolant by one pump each. This also gives you the option of specifically setting different temperature levels in the cylinders of the engine block. By using electric motor-operated, independent pumps that can be controlled independently of the speed of the motor, it is possible for the coolant flow to be divided into partial flows, each of which can be adjusted according to the thermal load on the motor. Compared to conventional devices, a more efficient and thus also more energy-saving form of engine cooling can be realized. DE 198 31 901 AI indicates that the adjustable pump enables the setting of a defined volume flow through the heat exchanger (heat exchanger for heating the passenger compartment) to be regulated in a simple manner. The switching and control processes in the cooling circuit are recorded by a higher-level control unit, the programming of which is operated as efficiently as possible with regard to the cooling of the engine and its energy consumption.
Aufgabetask
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern. Lösung und Vorteile der ErfindungIt is the object of the present invention to improve the control of electrically actuable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle compared to the prior art. Solution and advantages of the invention
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Komponenten von einem Steuergerät in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs derart angesteuert werden, dass sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems ergibt. Durch die erfindungsgemäße Ausrichtung der Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten des Kühlsystems auf den Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs, wird der Gesamtenergiebedarf des Kraftfahrzeugs und somit der Kraftstoffverbrauch gesenkt. Wird die Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten auf einen optimalen Gesamtwirkungsgrad des Kühlsystems ausgerichtet, so ergibt sich eine energieminimierte Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten, was wiederum zu einer Kraftstoffverbrauchsreduzierung der Brennkraftmaschine führt. Es kann davon ausgegangen werden, dass bei einer Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten im Hinblick auf einen optimalen Gesamtwirkungsgrad des Kühlsystems auch ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erreicht wird, wenn dabei die für den Motor optimalen thermischen Bedingungen eingestellt werden. Erfindungsgemäß sind Soll-Werte zur Ansteuerung der Komponenten in Kennfeldern in einem Speicher des Steuergerätes abgelegt. Durch diese vordefinierten Soll- Werte kann eine optimale Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten des Kühlsystems sichergestellt werden. Besonders vorteilhaft sind die Kennfelddaten wenigstens in Abhängigkeit einer der folgenden Einflußgrößen gespeichert: Fahrzeuggeschwindigkeit, Umgebungstemperatur, Temperatur des Kühlmittels, Motortemperatur, Motorlast oder Ventilstellungen im Kühlsystem. Weitere vorteilhafte Einflußgrössen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.The object is achieved by a method for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, the components being controlled by a control device as a function of the current operating point of the motor vehicle in such a way that there is an optimum overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system results. The alignment of the control of the electrically operable components of the cooling system to the overall efficiency of the motor vehicle reduces the overall energy requirement of the motor vehicle and thus the fuel consumption. If the control of the electrically actuatable components is aligned with an optimal overall efficiency of the cooling system, this results in an energy-minimized control of the electrically actuatable components, which in turn leads to a reduction in fuel consumption of the internal combustion engine. It can be assumed that when the electrically operable components are actuated with a view to an optimal overall efficiency of the cooling system, an optimal overall efficiency of the motor vehicle is also achieved if the optimal thermal conditions for the engine are set. According to the invention, target values for controlling the components are stored in characteristic maps in a memory of the control device. These predefined target values ensure optimal control of the electrically operable components of the cooling system. The map data is stored particularly advantageously as a function of at least one of the following influencing variables: vehicle speed, ambient temperature, temperature of the coolant, engine temperature, engine load or valve positions in the cooling system. Further advantageous influencing variables result from the following description of exemplary embodiments.
Die bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die aus den Kennfeldern entnommenen Soll-Werte zu einer Vorsteuerung der elektrisch betätigbaren Komponente herangezogen werden. Durch die Vorsteuerung wird die Regelgüte der Ansteuerung verbessert. Besonders vorteilhaft ergibt die Vorsteuerung für jeden Betriebspunkt eine Konfiguration zur Ansteuerung der jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponente, die auf eine minimale Stellenergie der Komponente hin optimiert ist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann sichergestellt werden, dass die elektrisch betätigbaren Komponenten des Kühlsystems in ihrer Gesamtheit zu jedem Zeitpunkt mit minimaler Stellenergie angesteuert werden.The preferred development of the method according to the invention provides that the setpoint values taken from the characteristic diagrams are used to pre-control the electrically actuable component. The control quality of the control is improved by the pilot control. The precontrol particularly advantageously results in a configuration for controlling the respective electrically actuable component for each operating point, which is optimized for a minimum actuating energy of the component. This measure according to the invention can ensure that the electrically operable components of the cooling system are controlled in their entirety at any time with minimal actuating energy.
Die bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein optimaler Wirkungsgrad des Kühlsystems dadurch erreicht wird, dass die Einstellung eines Sollbetriebszustandes des Kühlsystems auf minimale Stellenergie der Komponenten hin optimiert wird. Hierzu werden erfindungsgemäß den Komponenten je nach Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs verschiedene Prioritäten zugeordnet. Wenn hierbei erfindungsgemäß die Festlegung der Prioritäten in Abhängigkeit von der notwendigen Stellenergie bzw. Antriebsenergie der jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponente in dem jeweiligen Betriebspunkt erfolgt, wird besonders zuverlässig sichergestellt, dass die Einstellung des Sollbetriebszustandes des Kühlsystems mit minimaler Stellenergie der elektrisch betätigbaren Komponenten erreicht wird. Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Ansteuerung der Komponenten unter vorgebbaren Randbedingungen erfolgt, wodurch die Ansteuerung der Komponenten auf betriebspunktabhängige Minimal- und Maximalwerte begrenzt wird. Durch diese Weiterbildung wird erreicht, dass neben der Stellenergie der elektrisch betätigbaren Komponenten auch der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs optimiert wird. Beispielsweise kann die Randbedingung vorgegeben werden, dass ein Kühlerlüfter erst dann angesteuert wird, wenn ein Kühler-Misch-Ventil mehr als 80% zum Kühler hin geöffnet ist. Unter einem Kühler-Misch- Ventil ist im Rahmen dieser Erfindung ein 3-Wegeventil zu verstehen, das das Mischverhältnis zwischen Kühler- und Bypasszweig einstellt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass eine Kühlerjalousie erst weiter geöffnet werden kann, wenn die Ventilöffnung zum Bypasszweig kleiner als ein vorgebbarer Wert ist. Hierbei ist zu beachten, dass die Kühlerjalousie in jedem Fall ein wenig geöffnet ist, da eine vollständig geschlossene Kühlerjalousie dazu führt, dass über den Kühler keine Wärme abgeführt werden kann; ein Ventileingriff wäre in diesem Fall wirkungslos.The preferred development of the method according to the invention provides that an optimal efficiency of the cooling system is achieved in that the setting of a target operating state of the cooling system is optimized for minimum actuating energy of the components. To this end, the components are assigned different priorities depending on the operating point of the motor vehicle. If, according to the invention, the priorities are determined as a function of the necessary actuating energy or drive energy of the respective electrically actuatable component at the respective operating point, it is ensured in a particularly reliable manner that the setting of the desired operating state of the cooling system is achieved with minimal actuating energy of the electrically actuatable components. Another development of the method according to the invention provides that the control of the components takes place under predeterminable boundary conditions, as a result of which the control of the components is limited to minimum and maximum values dependent on the operating point. This further development ensures that, in addition to the actuating energy of the electrically actuatable components, the overall efficiency of the motor vehicle is also optimized. For example, the boundary condition can be specified that a radiator fan is only activated when a radiator mixing valve is open to the radiator by more than 80%. In the context of this invention, a cooler-mixing valve is to be understood as a 3-way valve which adjusts the mixing ratio between the cooler and bypass branches. Another possibility is that a radiator blind can only be opened further if the valve opening to the bypass branch is smaller than a predeterminable value. It should be noted here that the radiator blind is always slightly open, since a completely closed radiator blind means that no heat can be dissipated via the radiator; valve intervention would be ineffective in this case.
Eine andere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass sich ein Ansteuerwert für eine Komponente aus einer Summe eines Vorsteuerwertes und eines mit einer Priorität verknüpften Reglerwertes ergibt. Diese Art der Bildung eines Ansteuerwertes verknüpft in idealer Weise die Vorteile eines Vorsteuerwertes (Stellenergie- optimierte Vorsteuerwerte, geringerer Regelaufwand, usw.) mit den Vorteilen von mit einer Priorität verknüpften Reglerwerten. Hierdurch wird vorteilhaft nur der Anteil eines Reglerwertes zur Ansteuerung an die elektrisch betätigbare Komponente weitergeleitet, der entsprechend der Priorität zu einer minimalen Stellenergie mit Blick auf den optimalen Gesamtwirkungsgrad des gesamten Kühlsystems führt. Vorteilhafterweise werden die Ansteuerwerte zeitlich gefiltert, damit auf ruckartige Laständerungen nur bedingt reagiert werden muß. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil ruckartige Laständerungen in aller Regel selten und meist kurzfristig auftreten, z.B. während Schaltvorgängen im Getriebe des Kraftfahrzeugs, so dass eine nachhaltige Auswirkung auf das thermische Verhalten des Kühlsystems ausbleibt. Vorteilhaft wird dem Kühlsystem als Sollgröße eine Solltemperatur vorgegeben. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die betragsmäßige, zeitliche Änderung der Solltemperatur beschränkt ist, wodurch die Regelgüte verbessert werden kann und ebenfalls auf ruckartige Laständerungen nur bedingt reagiert werden muß.Another preferred development of the method according to the invention provides that a control value for a component results from a sum of a pilot control value and a controller value linked to a priority. This type of control value formation ideally combines the advantages of a pilot control value (input energy-optimized pilot control values, less control effort, etc.) with the advantages of controller values linked with a priority. As a result, only the portion of a controller value for control is advantageously forwarded to the electrically actuatable component, which, according to the priority, leads to a minimum actuating energy with a view to the optimal overall efficiency of the entire cooling system. The control values are advantageously filtered over time, so that there is only a limited need to react to sudden load changes. This is advantageous because jerky load changes generally occur rarely and mostly at short notice, for example during gear changes in the transmission of the motor vehicle, so that there is no lasting effect on the thermal behavior of the cooling system. The cooling system is advantageously given a target temperature as the target variable. A further embodiment provides that the change in the setpoint temperature over time is limited, as a result of which the control quality can be improved and, likewise, there is only a limited need to react to sudden load changes.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Computerprogramms, das für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Das Computerprogramm weist eine Abfolge von Befehlen auf, die dazu geeignet sind, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden. Weiterhin kann die Abfolge von Befehlen auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein, beispielsweise auf einer Diskette, einer Compact-Disk, einem sogenanntem Flash Memory oder dergleichen.Of particular importance is the implementation of the method according to the invention in the form of a computer program which is provided for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle. The computer program has a sequence of instructions which are suitable for carrying out the method according to the invention when they are executed on a computer. Furthermore, the sequence of commands can be stored on a computer-readable data carrier, for example on a floppy disk, a compact disk, a so-called flash memory or the like.
Das Computerprogramm kann gegebenenfalls zusammen mit anderen Computerprogrammen als Softwareprodukt, beispielsweise an einen Hersteller von Steuergeräten für Brennkraftmaschinen vertrieben werden. Die Übermittlung des Softwareprodukts kann dabei durch die Übersendung einer Diskette oder einer CD erfolgen, deren Inhalt der Steuergeräte-Hersteller dann auf das Steuergerät überträgt. Ebenfalls ist es möglich, dass ein Flash Memory an den Steuergeräte-Hersteller versandt wird, den dieser direkt in das Steuergerät einsetzt. Ebenfalls ist es möglich, dass das Softwareprodukt über ein elektronischesThe computer program can optionally be sold together with other computer programs as a software product, for example to a manufacturer of control units for internal combustion engines. The software product can be transmitted by sending a floppy disk or a CD, the content of which the control device manufacturer then transfers to the control device. It is also possible that a flash memory is sent to the control unit manufacturer, which the control unit manufacturers directly in the control unit uses. It is also possible that the software product has an electronic
Kommunikationsnetzwerk, insbesondere über das Internet, an den Steuergeräte-Hersteller übermittelt wird. In diesem Fall stellt das Softwareprodukt als solches - also unabhängig von einem elektronischen Speichermedium - das Vertriebsprodukt dar. Der Steuergeräte-Hersteller lädt in diesem Fall das Softwareprodukt, z.B. aus dem Internet herunter, um es danach beispielsweise auf einem Flash Memory abzuspeichern und in das Steuergerät einzusetzen.Communication network, in particular via the Internet, is transmitted to the control unit manufacturer. In this case, the software product as such - i.e. independent of an electronic storage medium - represents the sales product. In this case, the control unit manufacturer loads the software product, e.g. from the Internet in order to then save it, for example, on a flash memory and use it in the control unit.
Das Computerprogramm kann auch als separates Softwareprodukt vertrieben werden, das ein Hersteller von Steuergeräten zusammen mit weiteren Softwareprodukten anderer (dritter Hersteller) in das Steuergerät überträgt. In diesem Fall stellt das erfindungsgemäße Softwareprodukt ein zu anderen Modulen fremder Hersteller kompatibles Modul dar.The computer program can also be sold as a separate software product that a manufacturer of control units transmits into the control unit together with other software products from other (third-party manufacturers). In this case, the software product according to the invention is a module that is compatible with other modules from other manufacturers.
In allen diesen Fällen wird die Erfindung durch das Computerprogramm realisiert, so dass dieses Computerprogramm in gleicher Weise die Erfindung darstellt, wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Computerprogramm geeignet ist. Dies gilt dabei unabhängig davon, ob das Computerprogramm auf einem Speichermedium abgespeichert ist, oder, ob es als solches - also unabhängig von einem Speichermedium - vorhanden ist.In all these cases, the invention is implemented by the computer program, so that this computer program represents the invention in the same way as the method for which the computer program is suitable for execution. This applies regardless of whether the computer program is stored on a storage medium or whether it is present as such - that is, independently of a storage medium.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst, durch ein Steuergerät zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Komponenten von dem Steuergerät in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs derart ansteuerbar sind, dass ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems erreicht wird. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst, durch ein Kühlsystem über eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit ansteuerbaren, elektrisch betätigbaren Komponenten, wobei die Komponenten von einem Steuergerät in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraf fahrzeugs derart ansteuerbar sind, dass sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystem ergibt.The object is further achieved by a control device for controlling electrically actuatable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, the components being controllable by the control device in dependence on the current operating point of the motor vehicle in such a way that an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or Cooling system is achieved. The object is further achieved by a cooling system via an internal combustion engine of a motor vehicle with controllable, electrically actuable components, the components being controllable by a control device depending on the current operating point of the motor vehicle in such a way that an optimum overall efficiency of the motor vehicle and / or the Cooling system results.
Schließlich wird die Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gelöst, bei der elektrisch betätigbare Komponenten eines Kühlsystems für die Brennkraftmaschine ansteuerbar sind, wobei die Komponenten von einem Steuergerät in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs derart ansteuerbar sind, dass sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems ergibt.Finally, the object is achieved by an internal combustion engine of a motor vehicle in which electrically actuable components of a cooling system for the internal combustion engine can be controlled, the components being able to be controlled by a control device depending on the current operating point of the motor vehicle in such a way that an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.Further features, possible applications and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the method according to the invention,
Figur 2 zeigt ein zweites, konkreteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens undFigure 2 shows a second, more concrete embodiment of the method and
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen KühlSystems . Zu einem Kühlkreislauf gehören in der Regel eine zu kühlende Wärmequelle, z.B. der Fahrzeugmotor, die mittels eines Kühlmediums durch freie oder erzwungene Konvektion gekühlt werden. Die Temperaturdifferenz über der Wärmequelle ist vom Wärmeeintrag und von der Größe des Volumenstroms des Kühlmittels abhängig, während die absolute Temperatur des Kühlmediums durch den Wärmeeintrag der Wärmequelle, die Wärmeabfuhr über im Kreislauf befindliche Kühler und die Wärmekapazitäten der Materialien bestimmt wird.Figure 3 shows an embodiment of the cooling system according to the invention. A cooling circuit generally includes a heat source to be cooled, for example the vehicle engine, which is cooled by means of a cooling medium by free or forced convection. The temperature difference over the heat source depends on the heat input and the size of the volume flow of the coolant, while the absolute temperature of the cooling medium is determined by the heat input from the heat source, the heat dissipation via coolers in circulation and the heat capacities of the materials.
Derzeitig in Motorkühlsystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzte mechanische Wasserpumpen, die über Keilriemen von der Kurbelwelle des Motors angetrieben werden, sind so dimensioniert, dass im kritischsten Betriebszustand, das heißt, bei Bergauffahrt mit mittlerer Drehzahl, hoher Last und geringer FahrZeuggeschwindigkeit, keine unzulässige Temperaturdifferenz über dem Motor entsteht. Das Mischverhältnis zwischen einer Bypass-Leitung und dem Kühlerzweig wird durch ein dehnstoffgetriebenes Thermostatventil in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur eingestellt. Dieses Ventil ist so dimensioniert, dass es ab einer festeingestellten Temperatur vollständig geöffnet ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich unzulässig hohe Kühlmitteltemperaturen einstellen.Mechanical water pumps currently used in engine cooling systems of motor vehicles, which are driven by V-belts from the crankshaft of the engine, are dimensioned so that in the most critical operating state, i.e. when driving uphill with medium speed, high load and low vehicle speed, there is no impermissible temperature difference above the engine arises. The mixing ratio between a bypass line and the cooler branch is set by an expansion-controlled thermostatic valve depending on the coolant temperature. This valve is dimensioned so that it is fully open from a fixed temperature. This prevents impermissibly high coolant temperatures.
Um den Volumenstrom von der Drehzahl zu entkoppeln, wird erfindungsgemäß eine regelbare Kühlmittelpumpe eingesetzt. Um das Temperaturniveau regeln zu können, wird das Thermostat durch ein verstellbares Proportionalventil ersetzt. Weiterhin sind erfindungsgemäß stufenlos regelbare Kühlerlüfter und/oder Kühlerjalousien für das System vorgesehen. Das erfindungsgemäße Kühlsystem ermöglicht eine bedarfsgerechte Ansteuerung beziehungsweise Regelung des MotorkühlSystems mit dem Ziel, den Kraftstoffverbrauch zu verringern und die Emissionen zu verringern beziehungsweise Abgasgrenzwerte einzuhalten und zudem den Komfort zu erhöhen. Hierbei werden kritische Grenzen der Bauteilbelastung nicht überschritten. Dies wird durch die Optimierung des Kühlmittelvolumenstroms und die lastabhängige Regelung des Temperaturniveaus des Motors erreicht. So wird die Kühlmitteltemperatur z.B. im Teillastbetrieb angehoben und im Volllastbetrieb abgesenkt. Durch den damit verbundenen höheren Füllungsgrad wird auch die Motorleistung angehoben.In order to decouple the volume flow from the speed, a controllable coolant pump is used according to the invention. In order to be able to regulate the temperature level, the thermostat is replaced by an adjustable proportional valve. Furthermore, according to the invention, continuously variable cooling fans and / or cooling blinds are provided for the system. The cooling system according to the invention enables the engine cooling system to be controlled or regulated as required with the aim of reducing fuel consumption and reducing emissions Comply with emission limits and also increase comfort. Critical limits of the component load are not exceeded. This is achieved through the optimization of the coolant volume flow and the load-dependent regulation of the temperature level of the engine. For example, the coolant temperature is raised in part-load operation and lowered in full-load operation. The engine power is increased due to the associated higher degree of filling.
Die Erfindung stellt eine in die Motors euerung integrierte Logik dar, die die Verteilung der Wärmeströme intelligent und prioritätsabhängig durchführt. Dies wird im Rahmen der Beschreibung zu den Figuren 1 bis 3 eingehender erläutert.The invention represents a logic integrated in the engine control, which carries out the distribution of the heat flows intelligently and as a function of priority. This is explained in more detail in the context of the description of FIGS. 1 to 3.
Die Figuren 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei Figur 1 ein allgemeines und Figur 2 ein spezielles Ausführungsbeispiel darstellt.FIGS. 1 and 2 show exemplary embodiments of the method according to the invention, with FIG. 1 representing a general and FIG. 2 a special exemplary embodiment.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Figur 1 wird in einem Schritt 101 mit der Ist- beziehungsweise Meßwerterfassung begonnen. Hierbei werden Werte wie beispielsweise Motordrehzahl, Motorlast, Kühlkreislaufzustand, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Fahrertyp, Fahrzeugzustand, Temperatur am Kühlerausgang, Temperatur am Motoreingang, Temperatur am Motorausgang oder Temperatur des Motors selbst bestimmt.In the method according to the invention according to FIG. 1, the actual or measured value acquisition is started in a step 101. Values such as engine speed, engine load, cooling circuit status, vehicle speed, driver type, vehicle status, temperature at the radiator outlet, temperature at the engine inlet, temperature at the engine outlet or temperature of the engine itself are determined.
Unter dem Kühlkreislaufzustand sind hierbei verschiedene Kühlmitteltemperaturen (z.B. Temperatur am Kühleraustritt, Temperatur am Motoraustritt, usw.) oder Stellorganzustände (z.B. Auslastung von Kühlmittelpumpe oder Kühlerlüfter) zu verstehen. Im Rahmen dieser Ausführungsbeispiele werden zur Vorsteuerung Kühlmitteltemperaturen am Motoraustritt und am Kühleraustritt berücksichtigt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass auch weitere Temperaturen oder auch Volumenströme - sowohl gemessene als auch beobachtete - berücksichtigt werden können.The cooling circuit status here means different coolant temperatures (e.g. temperature at the radiator outlet, temperature at the engine outlet, etc.) or actuator conditions (e.g. utilization of the coolant pump or radiator fan). In the context of these exemplary embodiments, coolant temperatures at the engine outlet and at the radiator outlet are taken into account for pilot control. It is within the Invention that further temperatures or volume flows - both measured and observed - can be taken into account.
Unter dem Fahrzeugzustand sind verschiedene Fahrzeugzustandsgrößen (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung, Last, Steigung, usw.) zu verstehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Ausführungsbeispiele so zu modifizieren, dass auch zukünftige, erwartete Größen berücksichtigt werden. Beispielsweise könnte mittels eines Navigationssystems eine bevorstehende Bergauf- oder Bergabfahrt berücksichtigt werden. Steht z.B. eine Bergabfahrt unmittelbar bevor, braucht das System nicht so weit heruntergekühlt werden und es könnte auf ein energieintensives Hochfahren von Kühlmittelpumpe und Kühlerlüfter verzichtet werden, da eine kurzzeitige Herabsetzung der Kühlmitteltemperatur allein durch den Eingriff in das Kühler-Misch-Ventil realisiert werden kann.The vehicle state is understood to mean different vehicle state variables (e.g. vehicle speed, acceleration, load, incline, etc.). It is within the scope of the invention to modify the exemplary embodiments in such a way that future, expected variables are also taken into account. For example, an upcoming uphill or downhill ride could be taken into account by means of a navigation system. E.g. the system does not need to be cooled down as far downhill immediately before the start and the energy-intensive start-up of the coolant pump and radiator fan could be dispensed with, since a short-term reduction in the coolant temperature can be achieved simply by intervening in the radiator mixing valve.
Im Anschluß an den Schritt 101 werden im Schritt 102 Soll- Werte gebildet. Dies können beispielsweise Soll-Werte für die Motortemperatur, für die Motordifferenztemperatur oder die sogenannte Kühlreserve sein, die die Differenztemperatur aus Sollwert der Motoreintrittstemperatur und Kühlerausgangssolltemperatur darstellt. Diese Soll-Werte werden entsprechend der zuvor bestimmten Ist-Werte aus den im Speicher des Steuergerätes abgelegten Kennfeldern entnommen. Im Anschluß an die Sollwert-Bildung wird im Schritt 103 die Soll-Ist-Abweichung der zuvor bestimmten Soll-Werte bestimmt. Diese Soll-Ist-Abweichungen entsprechend Schritt 103 werden als Regler-Eingangs-Größen für die Bestimmung der Reglerwerte in Schritt 104 verwendet. Die Reglerwerte werden gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Parameter, beispielsweise dem Kühlmittelvolumenstrom, bestimmt. Als Regler werden bevorzugt PI-Regler (Proportional-Integral-Regler) oder PID- Regler eingesetzt. Die im Schritt 104 bestimmten Reglerwerte werden in einem anschließenden Schritt 105 mit einer Priorisierung verknüpft. Auf die Bestimmung der Priorisierung, die in den Schritten 111 und 112 erfolgt, wird später eingegangen.Following step 101, target values are formed in step 102. These can be, for example, target values for the engine temperature, for the engine differential temperature or the so-called cooling reserve, which represents the differential temperature from the target value of the engine inlet temperature and the radiator outlet target temperature. These target values are taken from the characteristic diagrams stored in the memory of the control unit in accordance with the previously determined actual values. Following the formation of the setpoint value, the setpoint / actual deviation of the previously determined setpoint values is determined in step 103. These target / actual deviations in accordance with step 103 are used as controller input variables for determining the controller values in step 104. If necessary, the controller values are determined taking into account further parameters, for example the coolant volume flow. As a controller preferably PI controller (proportional-integral controller) or PID controller used. The controller values determined in step 104 are linked with a prioritization in a subsequent step 105. The determination of the prioritization, which takes place in steps 111 and 112, will be discussed later.
Parallel zu den Schritten 102 bis 105 wird in einem an Schritt 101 anschließenden Schritt 106 ein Vorsteuerwert für die jeweilige Komponente bestimmt. Dies kann beispielsweise ein Vorsteuerwert für ein Kühler-Misch-Ventil, eine Kühlmittelpumpe, einen Kühlerlüfter oder eine Kühlerjalousie sein. Die Vorsteuerwerte werden analog zu den Soll-Werten entsprechend bestimmter Eingangsparameter aus den im Speicher des Steuergeräts abgelegten Kennfeldern entnommen. Die Vorsteuerwerte nach Schritt 106 werden in einem Schritt 107 mit den priorisierten Reglerwerten verknüpft. Das heißt also, dass der Schritt 107 neben den Vorsteuerwerten nach Schritt 106 auch die priorisierten Reglerwerte nach Schritt 105 zugeführt bekommt. Die Verknüpfung der Vorsteuerwerte mit priorisierten Reglerwerten nach Schritt 107 kann additiv oder auch multiplikativ sein. Im Anschluß an Schritt 107 erfolgt im Schritt 108 eine Filterung der zuvor bestimmten Ansteuersignale. Im an Schritt 108 anschließenden Schritt 109 ergibt sich schließlich das jeweilige Ansteuersignal für die verschiedenen elektrisch betätigbaren Komponenten, beispielsweise das Kühler-Misch-Ventil, die Kühlmittelpumpe, den Kühlerlüfter oder die Kühlerjalousie. Im Schritt 110, der sich an den Schritt 109 anschließt, werden schließlich die Komponenten entsprechend des bestimmten Ansteuersignais vom Motorsteuergerät direkt oder indirekt (über Endstufen) angesteuert .In parallel to steps 102 to 105, a pre-control value for the respective component is determined in a step 106 following step 101. This can be, for example, a pilot control value for a radiator mixing valve, a coolant pump, a radiator fan or a radiator blind. The pilot control values are taken from the characteristic maps stored in the memory of the control unit in analogy to the target values in accordance with certain input parameters. The pilot control values after step 106 are linked in a step 107 with the prioritized controller values. This means that in addition to the pre-control values after step 106, step 107 also receives the prioritized controller values after step 105. The linking of the pilot control values with prioritized controller values after step 107 can be additive or multiplicative. Following step 107, the previously determined control signals are filtered in step 108. Finally, in step 109 following step 108, the respective control signal for the various electrically actuable components, for example the cooler mixing valve, the coolant pump, the radiator fan or the radiator blind, is obtained. In step 110, which follows step 109, the components are finally controlled directly or indirectly (via output stages) by the engine control unit in accordance with the determined control signal.
Das Ansteuersignal nach Schritt 109 wird weiterhin einem Schritt 111 zugeführt, dem ebenfalls die in Schritt 101 bestimmten Ist- beziehungsweise Meßwerte zugeführt werden. Auf Grundlage der aus Schritt 101 zugeführten Istbeziehungsweise Meßwerte und der aus Schritt 109 übermittelten Ansteuersignale wird in Schritt 111 mittels eines Beobachters die jeweilige Stellenergie der jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponente bestimmt. Im Anschluß an den Schritt 111 wird in einem Schritt 112 auf Grundlage der zuvor bestimmten Stellenergie der jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponente und weiterer Eingangsgrößen, wie beispielsweise dem Fahrzeugzustand, eine Priorisierung entsprechend der notwendigen Stellenergie der verschiedenen elektrischen Komponenten vorgenommen. Hierbei wird ein besonderer Augenmerk auf die Wasserpumpe und den Lüfter gerichtet, da diese elektrisch betätigbaren Komponenten diejenigen mit dem größten Energiebedarf darstellen. Der Ausgangswert der Priorisierung nach Schritt 112 fließt in den Schritt 105 ein, der bereits zuvor beschrieben wurde.The control signal after step 109 is further fed to a step 111, which is likewise the one in step 101 certain actual or measured values are supplied. On the basis of the actual or measured values supplied from step 101 and the control signals transmitted from step 109, the respective actuating energy of the respective electrically actuable component is determined in step 111 by means of an observer. Following step 111, a prioritization is carried out in a step 112 on the basis of the previously determined actuating energy of the respective electrically actuatable component and further input variables, such as the vehicle state, in accordance with the necessary actuating energy of the various electrical components. Particular attention is paid to the water pump and the fan, since these electrically operated components represent those with the greatest energy requirements. The initial value of the prioritization after step 112 flows into step 105, which has already been described above.
Figur 2 zeigt ein praktisches Beispiel beziehungsweise eine praktische Ausgestaltung des in Figur 1 eher allgemein beschriebenen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystemen für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs . Im oberen Bereich der Figur 2 sind auf einer Linie die verschiedenen zur Figur 1 korrespondierenden Bereiche des Verfahrens aufgezeichnet. Der erste Bereich der „Istwerte" entspricht dem Verfahrensschritt 101 nach Figur 1. Der zweite Bereich „Vorsteuerung" entspricht dem Verfahrensschritt 106 nach Figur 1. Der Bereich „Sollwerte" entspricht dem Verfahrensschritt 102 nach Figur 1. Der Bereich „Regler" entspricht den Verfahrensschritten 103 und 104 nach Figur 1. Der sich anschließende Bereich „Priorisierung" entspricht den Verfahrensschritten 112, 105 und 107 nach Figur 1. Der Bereich „Filterung" entspricht dem Verfahrensschritt 108 und der letzte Bereich „Ansteuerung" entspricht den Verfahrensschritten 109 und 110 nach Figur 1. Der Verfahrensschritt 111 nach Figur 1 entspricht dem Verfahrensschritt 233 nach Figur 2, auf den später ausführlicher eingegangen wird.FIG. 2 shows a practical example or a practical embodiment of the exemplary embodiment of the method according to the invention for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, which is described more generally in FIG. The various areas of the method corresponding to FIG. 1 are recorded on a line in the upper area of FIG. The first area of the “actual values” corresponds to method step 101 according to FIG. 1. The second area “feedforward control” corresponds to method step 106 according to FIG. 1. The area “setpoints” corresponds to method step 102 according to FIG. 1. The area “controller” corresponds to the method steps 103 and 104 according to FIG. 1. The subsequent “prioritization” area corresponds to method steps 112, 105 and 107 according to FIG. 1. The “filtering” area corresponds to method step 108 and the last area “control”. corresponds to method steps 109 and 110 according to FIG. 1. Method step 111 according to FIG. 1 corresponds to method step 233 according to FIG. 2, which will be discussed in more detail later.
In Figur 2 beginnt das erfindungsgemäße Verfahren mit der Ist- beziehungsweise Meßwerterfassung. Dabei werden, wie in Figur 2 am linken Rand der Figur dargestellt, die Werte Motordrehzahl, Motorlast, Kühlkreislaufzustand, Motorausgangstemperatur T_MA, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs V_Fahrzeug und der Fahrertyp erfaßt. Der Wert Fahrertyp, hier wird beispielsweise zwischen einem sportlichen und einem eher konservativem Fahrer unterschieden, kann in der Regel aus einer Getriebesteuerung übernommen werden, wo dieses Signal vorliegt.In FIG. 2, the method according to the invention begins with the actual or measured value acquisition. As shown in FIG. 2 on the left-hand edge of the figure, the values of engine speed, engine load, cooling circuit condition, engine outlet temperature T_MA, the speed of the vehicle V_vehicle and the driver type are recorded. The driver type value, here a distinction is made, for example, between a sporty and a more conservative driver, can usually be taken from a transmission control system where this signal is present.
Aus den Eingangsgrößen Motordrehzahl und Motorlast wird in einem Schritt 201 die Soll-Motortemperatur Tmot,soll bestimmt. Die Motor-Solltemperatur wird hierbei aus einem im Speicher des Steuergeräts des Kraf fahrzeugs abgelegten Kennfeld entnommen. Der in Schritt 201 ermittelte Soll-Wert für die Motortemperatur Tmot,soll wird zu einem Verknüpfungspunkt 202 geleitet, an dem die Soll-Ist- Abweichung bestimmt wird. Hierzu wird im Schritt 202 bzw. am Verknüpfungspunkt 202 von der zuvor bestimmten Motor- Solltemperatur Tmot,soll die aktuelle gemessene (oder anderweitig berechnete, beziehungsweise ermittelte) Motortemperatur Tmot subtrahiert. Das Ergebnis dieser Söulst-Abweichungsbestimmung in Schritt 202 wird einem Regler 203 zugeführt. Bei dem Regler kann es sich beispielsweise um ein Proportionalintegral-Regler (PI) , einen PID-Regler oder einen Fuzzy-Regler handeln. Dem Regler wird als weitere Eingangsgröße ein Signal zugeführt, das eine Aussage über den Kühlmittelvolumenstrom macht. Dieses Signal wird in einem Schritt 233 bestimmt, auf das im weiteren eingegangen wird. Nach der Bestimmung des Reglerwertes in Schritt 203 wird das Ergebnis der Priorisierung in Schritt 204 zugeführt. Hier wird der Reglerwert nach Schritt 203 mit einer Priorisierung verknüpft. Die Priorisierung der einzelnen elektrisch betätigbaren Komponenten wurde zuvor in Schritt 234 durchgeführt, auf den ebenfalls später eingegangen wird. Die Verknüpfung erfolgt beispielsweise multiplikativ, wodurch der zuvor bestimmte Reglerwert im Extremfall bis auf Null absinken kann. Parallel zu den Verfahrensschritten 201, 202, 203 und 204 wird in einem Schritt 205 aus den Eingangsgrößen Motorlast, Motordrehzahl und Kühlkreislaufzustand ein Vorsteuerwert für ein Kühler- Misch-Ventil X__Ventil (siehe Bezugszeichen 302 in Figur 3) bestimmt. Das Ergebnis des Schrittes 205, der bestimmte Vorsteuerwert für das Kühler-Misch-Ventil X__Ventil wird einem Verknüpfungspunkt 206 zugeführt, dem ebenfalls der priorisierte Reglerwert nach Schritt 204 zugeführt wird. In Punkt 206 beziehungsweise Schritt 206 wird nun die Verknüpfung, beispielsweise durch Addition, des Vorsteuer- und des priorisierten Reglerwertes für das Kühler-Misch- Ventil vorgenommen. Das Ergebnis dieses Schrittes 206 wird einer Filterung im Schritt 207 zugeführt. Die Filterung kann hierbei beispielsweise dadurch erfolgen, dass die zeitliche Änderung des Ansteuerwertes für das Kühler-Misch-Ventil durch eine obere Schranke begrenzt ist. Hierdurch wird vermieden, dass auf ruckartige Laständerungen zu schnell reagiert wird. Als Ergebnis der Filterung nach Schritt 207 ergibt sich das Ansteuersignal für das Kühler-Misch-Ventil 208, beziehungsweise in Schritt 208 wird das Kühler-Misch- Ventil mit dem zuvor bestimmten Ansteuersignal angesteuert. Somit stellen die Schritte 201 bis 208 die Ermittlung des Ansteuersignais für das Kühler-Misch-Ventil dar.The target engine temperature Tmot, target is determined in a step 201 from the input variables engine speed and engine load. The target engine temperature is taken from a map stored in the memory of the control unit of the motor vehicle. The target value for the engine temperature Tmot, target determined in step 201 is passed to a connection point 202, at which the target / actual deviation is determined. For this purpose, the current measured (or otherwise calculated or determined) engine temperature Tmot is subtracted from the previously determined target engine temperature Tmot in step 202 or at node 202. The result of this Söulst deviation determination in step 202 is fed to a controller 203. The controller can be, for example, a proportional integral controller (PI), a PID controller or a fuzzy controller. A signal is fed to the controller as a further input variable, which makes a statement about the coolant volume flow. This signal is determined in a step 233, which is discussed in more detail below becomes. After the controller value has been determined in step 203, the result of the prioritization is supplied in step 204. Here the controller value is linked to a prioritization after step 203. The prioritization of the individual electrically actuable components was previously carried out in step 234, which will also be discussed later. The linkage is, for example, multiplicative, as a result of which the previously determined controller value can drop to zero in extreme cases. In parallel with method steps 201, 202, 203 and 204, a pre-control value for a cooler mixing valve X_valve (see reference numeral 302 in FIG. 3) is determined from the input variables engine load, engine speed and cooling circuit state in a step 205. The result of step 205, the determined pilot control value for the cooler mixing valve X__Ventil is fed to a node 206, to which the prioritized controller value after step 204 is also fed. At point 206 or step 206, the link is now made, for example by adding, the pilot control and the prioritized controller value for the cooler-mixing valve. The result of this step 206 is fed to filtering in step 207. The filtering can take place, for example, in that the change in the control value for the cooler mixing valve is limited by an upper limit. This avoids reacting too quickly to sudden load changes. The control signal for the cooler-mixing valve 208 results as a result of the filtering after step 207, or in step 208 the cooler-mixing valve is controlled with the previously determined control signal. Steps 201 to 208 thus represent the determination of the control signal for the cooler mixing valve.
Im weiteren wird in den Schritten 209 bis 219 die Ermittlung des Ansteuersignais für die elektrisch betätigbare Kühlmittelpumpe (Bezugszeichen 307 in Figur 3) beschrieben. In einem Schritt 209 wird zunächst aus einem Kennfeld, das im Speicher des Steuergeräts abgelegt ist, aus den Eingangsgrößen Motorlast und Temperatur am Motorausgang T_MA ein Soll-Wert für die Motordifferenztemperatur ΔTmot,soll bestimmt. Dieser bestimmte Motordifferenz-Sollwert ΔTmot,soll wird einem Verknüpfungspunkt 210 zugeführt. An diesem Verknüpfungspunkt 210 wird die Soll-Ist-Abweichung der Motordifferenztemperatur ΔTmot,soll bestimmt, in dem von dem aus Schritt 209 zugeführten Motordifferenz-Temperatur- Sollwert ΔTmot,soll die reale, gemesseneFurthermore, in steps 209 to 219, the determination of the control signal for the electrically operable Coolant pump (reference numeral 307 in Figure 3) described. In a step 209, a setpoint for the engine differential temperature ΔTmot, target is first determined from a characteristic diagram, which is stored in the memory of the control unit, from the input variables engine load and temperature at the engine output T_MA. This determined motor difference setpoint value ΔTmot, should be fed to a node 210. The setpoint / actual deviation of the engine differential temperature ΔTmot, setpoint is determined at this node 210 in the real, measured value of the engine difference temperature setpoint value ΔTmot, setpoint supplied from step 209
Motordifferenztemperatur (Temperatur am Motorausgang minus Temperatur am Motoreingang, T_MA - T_ME) subtrahiert wird. Das Ergebnis aus Schritt 210 wird in Schritt 211 einem Regler zugeführt, der beispielsweise als PI-Regler ausgeführt sein kann. Der Reglerwert nach Schritt 211 wird einem Verknüpfungspunkt 212 zugeführt, wo der Reglerwert nach Schritt 211 mit einer Priorisierung verknüpft wird. Diese Priorisierung wird in einem Schritt 213 bestimmt und basiert auf dem Reglerwert nach Schritt 203 und der Priorisierung nach Schritt 234. Die Verknüpfung in Schritt 212 erfolgt in der Regel multiplikativ. Das Ergebnis der Verknüpfung des Reglerwertes nach Schritt 211 mit der Priorisierung nach Schritt 213 wird einem weiteren Verknüpfungspunkt 214 zugeführt. Die weitere Eingangsgröße des Verknüpfungspunktes 214 ist der Vorsteuerwert der Steuergröße (z.B. Umdrehungszahl) der Kühlmittelpumpe U_Pumpe, der von einem Schritt 215 geliefert wird. In diesem Schritt 215 wird anhand der Eingangsgrößen Motorlast und Temperatur am Motorausgang T_MA aus einem im Speicher des Motorsteuergerätes abgelegten Kennfelds der Vorsteuerwert für die Kühlmittelpumpe U_Pumpe entnommen. Das Ergebnis der Verknüpfung im Verknüpfungspunkt 214 beziehungsweise im Schritt 214 wird einer Maximalwertauswahl 216 zugeführt. Hierbei wird der Maximalwertauswahl 216 neben dem Eingangssignal vom Verknüpfungspunkt 214 ein weiteres Eingangssignal zugeführt. Dieses weitere Eingangssignal zur Maximalwertauswahl 216 ist der im Schritt 217 aus den Eingangssignalen Motorlast und Temperatur am Motorausgang T_MA aus einem Kennfeld im Speicher des Motorsteuergerätes entnommene Mindestvolumenstrom, der einen gewissen Mindestvolumenstrom des Kühlmittels sicherstellt. Durch diese Maximalwertauswahl im Schritt 216 wird sichergestellt, dass ein gewisser Mindestvolumenstrom entsprechend der jeweiligen Betriebssituation gewährleistet wird. Das Ergebnis der Maximalwertauswahl nach Schritt 216 wird im Schritt 218 einem Filter zugeführt. Als Ergebnis des Filters in Schritt 218, der äquivalent zum Schritt 207 abläuft, steht im Schritt 219 das Ansteuersignal für die Kühlmittelpumpe zur Verfügung.Motor differential temperature (temperature at the motor output minus temperature at the motor input, T_MA - T_ME) is subtracted. The result from step 210 is fed to a controller in step 211, which can be designed as a PI controller, for example. The controller value after step 211 is fed to a link point 212, where the controller value after step 211 is linked to a prioritization. This prioritization is determined in a step 213 and is based on the controller value after step 203 and the prioritization after step 234. The link in step 212 is generally carried out multiplicatively. The result of the link between the controller value after step 211 and the prioritization after step 213 is fed to a further link point 214. The further input variable of node 214 is the pilot control value of the control variable (eg number of revolutions) of the coolant pump U_Pumpe, which is supplied by a step 215. In this step 215, based on the input variables engine load and temperature at engine output T_MA, the pilot control value for the coolant pump U_Pumpe is taken from a map stored in the memory of the engine control unit. The result of the link in node 214 or in step 214 is fed to a maximum value selection 216. Here, the maximum value selection 216 next to the Input signal from node 214 fed another input signal. This further input signal for the maximum value selection 216 is the minimum volume flow which was extracted in step 217 from the input signals engine load and temperature at the engine output T_MA from a map in the memory of the engine control unit and which ensures a certain minimum volume flow of the coolant. This maximum value selection in step 216 ensures that a certain minimum volume flow is guaranteed in accordance with the respective operating situation. The result of the maximum value selection after step 216 is fed to a filter in step 218. As a result of the filter in step 218, which is equivalent to step 207, the drive signal for the coolant pump is available in step 219.
In den nun folgenden Schritten 220 bis 227 wird das Ansteuersignal für den Kühlerlüfter (Bezugszeichen 317 in Figur 3) generiert. In einem Schritt 220 wird anhand der Eingangsgrößen Motorlast und Fahrzeuggeschwindigkeit V_Fahrzeug aus einem im Speicher des Motorsteuergerätes abgelegten Kennfeld ein Vorsteuerwert für die Ansteuerung des Lüfters U__Lüfter (beispielsweise Umdrehungszahl oder AnsteuerSpannung) ermittelt. Dieser Vorsteuerwert für die Ansteuerung des Lüfters nach Schritt 220 wird einem Verknüpfungspunkt 221 zugeführt, dem zusätzlich ein priorisierter Reglerwert nach Schritt 222 zugeführt wird. Der Priorisierungseinheit 222 werden als Eingangsgrößen der Reglerausgang nach Schritt 203, das Ausgangssignal der Priorisierung nach Schritt 234 sowie der Ausgang einer Reglereinheit 227 zugeführt, auf die im weiteren noch eingegangen wird. Anhand dieser Eingangsgrößen wird im Schritt 222 ein priorisierter Reglerwert erzeugt, der gemeinsam mit dem Vorsteuerwert für die Ansteuerung des Lüfters nach Schritt 220 den Verknüpfungspunkt 221 zusammengeführt wird. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 221 wird einem Filter 223 zugeführt, der analog zu den Filtern nach Schritt 207 und 218 funktioniert. Das Ausgangssignal des Filters 223 ist das Ansteuersignal 224 für den Motorlüfter des Kühlsystems .In the following steps 220 to 227, the control signal for the radiator fan (reference number 317 in FIG. 3) is generated. In a step 220, a pre-control value for the control of the fan U__Lüfter (for example number of revolutions or control voltage) is determined on the basis of the input variables engine load and vehicle speed V_vehicle from a map stored in the memory of the engine control unit. This pilot control value for controlling the fan after step 220 is fed to a link point 221, to which a prioritized controller value is also fed after step 222. The prioritization unit 222 is supplied with input values of the controller output after step 203, the output signal of the prioritization after step 234 and the output of a controller unit 227, which will be discussed further below. On the basis of these input variables, a prioritized controller value is generated in step 222, which, together with the pilot control value for controlling the fan after step 220, links node 221 is merged. The output of node 221 is fed to a filter 223, which functions analogously to the filters after steps 207 and 218. The output signal of the filter 223 is the control signal 224 for the engine fan of the cooling system.
Dem Priorisierungsschritt 222 wurde, wie vorstehend beschrieben, auch das Ausgangssignal eines Reglers 227 zugeführt, das nun im folgenden erläutert wird:As described above, the prioritization step 222 was also supplied with the output signal of a controller 227, which will now be explained in the following:
Ausgehend von den Eingangsgrößen Motorlast,Based on the input variables engine load,
Kühlkreislaufzustand und Fahrertyp wird in einem Schritt 225 aus einem im Speicher des Motorsteuergerätes abgelegten Kennfeld ein Soll-Wert für die Temperaturdifferenz über dem Kühler ΔT_Kühler, soll bestimmt (Temperaturdifferenz über dem Kühler ΔT_Kühler, soll = Motorausgangstemperatur T_MA - Temperatur am Kühlerausgang T_KA) . Der nach Schritt 225 ermittelte Soll-Wert für die Kühlerdifferenztemperatur ΔT_Kühler, soll wird einem Verknüpfungspunkt 226 zugeführt, an dem vom Kühlerdifferenztemperatur-Sollwert ΔT_Kühler, soll die sogenannte Kühlreserve subtrahiert wird. Unter der Kühlreserve ist allgemein die Differenz zwischen Motortemperatur Tmot und Temperatur am Kühlerausgang T_KA zu verstehen (im speziellen z.B. T_MA, soll-T_KA, soll oder T_ME, soll-T_KA, soll) . Das Ergebnis dieses Verknüpfungspunktes 226 wird im Schritt 227 dem bereits genannten Regler zugeführt. Als weitere Eingangsgröße wird dem Regler im Schritt 227 ein den Kühlmittelvolumenstrom repräsentierendes Signal vom Schritt 233 zugeführt. Der Regler nach Schritt 227 kann beispielsweise als PI-Regler ausgeführt sein.In a step 225, the cooling circuit status and driver type are determined from a map stored in the memory of the engine control unit, a target value for the temperature difference across the cooler ΔT_cooler, target (temperature difference across the cooler ΔT_cooler, target = engine output temperature T_MA - temperature at the radiator output T_KA). The target value for the cooler differential temperature .DELTA.T_cooler, determined after step 225, is fed to a node 226, at which the cooler reserve is to be subtracted from the cooler differential temperature setpoint. The cooling reserve is generally to be understood as the difference between the engine temperature Tmot and the temperature at the radiator outlet T_KA (in particular e.g. T_MA, Soll-T_KA, Soll or T_ME, Soll-T_KA, Soll). The result of this connection point 226 is fed to the controller already mentioned in step 227. As a further input variable, a signal representing the coolant volume flow from step 233 is fed to the controller in step 227. The controller after step 227 can be designed as a PI controller, for example.
Die Schritte 228 bis 232 repräsentieren die Ansteuersignalbestimmung für eine Kühlerjalousie (Bezugszeichen 316 in Figur 3) . Hierbei wird der Ausgang des Reglers nach Schritt 227 einer Priorisierung 228 zugeführt. Als weitere Eingangsgröße wird der Priorisierung in Schritt 228 das Ausgangssignal der Priorisierung 234 zugeführt, auf die später ausführliche eingegangen wird. Das Ausgangssignal der Priorisierung nach Schritt 228, also der priorisierte Reglerwert nach Schritt 227, wird einem Verknüpfungspunkt 230 zugeführt. Als weiteres Eingangssignal des Verknüpfungspunktes 230 wird in einem Schritt 229 aus den Eingangssignalen Motorlast und Fahrzeuggeschwindigkeit V_Fahrzeug ein Vorsteuerwert für die Ansteuerung der Kühlerjalousie X_Jalousie aus einem Kennfeld ermittelt. Die Verknüpfung nach Schritt 230 kann hierbei additiv erfolgen. Das Ausgangssignal der Verknüpfung nach Schritt 230 wird im Schritt 231 einem zu den Schritten 207, 218 und 223 analogen Filter im Schritt 231 zugeführt. Das Ausgangssignal des Filters nach Schritt 231 stellt schließlich das Ansteuersignal 232 für die Kühlerjalousie dar.Steps 228 to 232 represent the control signal determination for a radiator blind (reference symbol 316 in FIG. 3). Here the output of the After step 227, the controller is fed to a prioritization 228. As a further input variable, the prioritization in step 228 is supplied with the output signal of the prioritization 234, which will be discussed in more detail later. The output signal of the prioritization after step 228, that is the prioritized controller value after step 227, is fed to a node 230. As a further input signal of the connection point 230, a pre-control value for the control of the radiator blind X_Jalousie is determined from a characteristic map from the input signals engine load and vehicle speed V_vehicle in a step 229. The link after step 230 can be additive. The output signal of the link after step 230 is fed in step 231 to a filter analogous to steps 207, 218 and 223 in step 231. The output signal of the filter after step 231 finally represents the control signal 232 for the radiator blind.
Im Folgenden werden die Schritte 233 und 234 erläutert, auf die vorstehend bereits Bezug genommen wurde. Der Schritt 233 stellt einen Beobachter dar, dem neben der Motorlast als Eingangssignal die Ansteuersignale für das Kühler-Misch- Ventil 208, für die Kühlmittelpumpe 219, für den Kühlerlüfter 224 und für die Jalousie 232 zugeführt werden. Anhand der zugeführten Daten bestimmt der Beobachter den aktuell vorherrschenden Kühlmittelvolumenstrom und stellt diesen als Ausgangssignal zur Verfügung. Dieses Ausgangssignal wird, wie bereits vorstehend beschrieben, den Reglern 203 und 227 zugeführt. Als weitere Ausgangsgröße des Beobachters nach Schritt 233 wird die für 'die jeweiligen Komponenten erforderliche Stellenergie ausgegeben und an die Priorisierung im Schritt 234 übergeben. Als weitere Eingangsgröße wird der Priorisierung im Schritt 234 der Fahrzeugzustand zugeführt. In Kenntnis des Fahrzeugzustandes und der jeweiligen Stellenergie wird im Schritt 234 ein für die jeweiligen elektrisch betätigbaren Komponenten ein individuelles Prioritätssignal erzeugt und an die jeweiligen Priorisierungen in Schritt 204, Schritt 213, Schritt 222 und 228 übermittelt.Steps 233 and 234, to which reference has already been made, are explained below. Step 233 represents an observer to whom, in addition to the engine load, the control signals for the cooler mixing valve 208, for the coolant pump 219, for the cooler fan 224 and for the blind 232 are supplied. Using the supplied data, the observer determines the currently prevailing coolant volume flow and makes it available as an output signal. As already described above, this output signal is fed to the controllers 203 and 227. The actuating energy required for the respective components is output as a further output variable of the observer after step 233 and transferred to the prioritization in step 234. The vehicle status is fed to the prioritization in step 234 as a further input variable. Knowing the state of the vehicle and the respective actuating energy, a for in step 234 the respective electrically operable components generate an individual priority signal and transmit them to the respective prioritizations in step 204, step 213, step 222 and 228.
Somit ist ein vollständiges Konzept aus Vorsteuerung, priorisierten Reglerwerten und Filtern zur optimalen Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten in einem Kühlsystem für ein Kraftf hrzeug beschrieben worden.A complete concept comprising pilot control, prioritized controller values and filters for the optimal control of electrically actuable components in a cooling system for a motor vehicle has thus been described.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei ist als zentrale Einheit ein Block 300 gezeigt, die den Motorblock einer Brennkraftmaschine symbolisieren soll. Ein Kühlmedium, das zur Kühlung des Motorblocks 300 dient, fließt über eine Leitung 301 aus dem Motorblock 300 heraus. Dieses Kühlmedium in der Leitung 301 wird über ein Kühler-Misch-Ventil 302 in eine Leitung 303 geleitet. Das Kühlmedium fließt weiter, ausgehend von der Leitung 303, in einen Kühler 304. Nach dem Kühler 304 fließt das Kühlmedium durch eine Leitung 305 weiter in Richtung Kühlmittelpumpe 307. Die Kühlmittelpumpe 307 pumpt das Kühlmedium über eine Leitung 308 zurück in den Motorblock 300. Ein Teil des Kühlmediums aus Leitung 301 wird vom Kühler-Misch-Ventil 302 über eine Leitung 306, die sogenannte Bypass-Leitung, am Kühler 304 vorbei direkt in die Leitung 305 geleitet.Figure 3 shows an embodiment of a device according to the invention. A block 300 is shown as the central unit, which is intended to symbolize the engine block of an internal combustion engine. A cooling medium that serves to cool the engine block 300 flows out of the engine block 300 via a line 301. This cooling medium in line 301 is passed via a cooler mixing valve 302 into a line 303. The coolant continues to flow from a line 303 into a cooler 304. After the cooler 304, the coolant flows through a line 305 towards the coolant pump 307. The coolant pump 307 pumps the coolant back into the engine block 300 via a line 308 Part of the cooling medium from line 301 is conducted from the cooler mixing valve 302 via a line 306, the so-called bypass line, past the cooler 304 directly into line 305.
Ein Teil des Kühlmediums, das über die Leitung 308 in den Motorblock 300 hineinfließt, verläßt den Motorblock 300 nicht über die Leitung 301, sondern über eine Leitung 309, die zum Heizungswärmetauscher 310 führt, der für die Heizung des Fahrgastinnenraumes sorgt. Vom Heizungswärmetauscher 310 fließt das Kühlmedium über eine weitere Leitung 311 zurück in die Leitung 305 und mündet dort unmittelbar vor der Kühlmittelpumpe 307 ein. Im Kühlsystem sind folgende Temperatursensoren angeordnet: Ein Temperatursensor 312 erfaßt die Motortemperatur Tmot, ein Temperatursensor 313 erfaßt die Motorausgangstemperatur T_MA, ein Temperatursensor 314 erfaßt diePart of the cooling medium that flows into the engine block 300 via the line 308 does not leave the engine block 300 via the line 301, but via a line 309, which leads to the heating heat exchanger 310, which provides for the heating of the passenger compartment. From the heating heat exchanger 310, the cooling medium flows back into line 305 via a further line 311 and opens there directly in front of the coolant pump 307. The following temperature sensors are arranged in the cooling system: a temperature sensor 312 detects the engine temperature Tmot, a temperature sensor 313 detects the engine output temperature T_MA, a temperature sensor 314 detects the
Kühlerausgangstemperatur T_KA und ein Temperatursensor 315 erfaßt die Motoreingangstemperatur T_ME. Tmot könnte z.B. eine motorinterne Kühlmittel- oder Bauteiltemperatur oder auch die Motoraustrittstemperatur sein.Radiator outlet temperature T_KA and a temperature sensor 315 detect the engine inlet temperature T_ME. Tmot could e.g. an internal coolant or component temperature or the engine outlet temperature.
Weitere wichtige Komponenten des Kühlsystems sind eine elektrisch betätigbare Kühlerj lousie 316 sowie ein Kühlerlüfter 317. Die Kühlerjalousie 316 dient dazu, den Kühler 304 in bestimmten Betriebssituationen vor dem kühlenden Fahrtwind abzuschotten, wohingegen der Kühlerlüfter 317 zu einer verstärkten Kühlung des Kühlmediums im Kühler 304 führt.Further important components of the cooling system are an electrically operable radiator blind 316 and a radiator fan 317. The radiator blind 316 serves to isolate the radiator 304 from the cooling wind in certain operating situations, whereas the radiator fan 317 leads to increased cooling of the cooling medium in the radiator 304.
Weiterhin dargestellt ist ein Steuergerät 318, das in der Regel das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ist und neben der Steuerung des Kühlsystems weitere Aufgaben, wie beispielsweise die Steuerung der motorischen Verbrennung übernimmt. Dem Steuergerät 318 werden über die Signalleitungen 321, 323, 324 und 326 die Signale der Temperatursensoren 312, 313, 314 und 315 zugeführt. Gleichzeitig werden von dem Steuergerät 318 Ausgangssignale zur Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten 302, 304, 316 und 317 ausgegeben. Dies sind im Einzelnen das Ansteuersignal zur Ansteuerung des Kühler-Misch-Ventils 302 über die Signalleitung 319, die Signalleitung 320 zur Ansteuerung der Kühlerjalousie 316, die Signalleitung 322 zur Ansteuerung des Kühlerlüfters 317 sowie die Signalleitung 325 zur Ansteuerung der Kühlmittelpumpe 307. In dem Motorsteuergerät 318 ist ein in Figur 3 nicht gezeigtes Speicherelement vorhanden, in dem die in Figur 2 gezeigten Kennfelder abgelegt sind. Die weiteren in Figur 2 gezeigten Funktionen wie Regler, Priorisierung, Beobachter, Maximalwertauswahl und Filter sind allesamt funktional in das Steuergerät 318 integriert. Hierbei ist es nicht erfindungswesentlich, ob die Funktionen in dem Steuergerät als Hardware, also über Schaltkreise, oder über eine Software integriert sind. Eine in das Steuergerät 318 integrierte Software, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten des Kühlsystems geeignet ist, erfüllt somit in gleicher Weise die Erfindung, wie ein fest verdrahtetes Schaltungsmodell .Also shown is a control unit 318, which is generally the engine control unit of the internal combustion engine and which, in addition to controlling the cooling system, takes on further tasks, such as controlling the engine combustion. The signals from the temperature sensors 312, 313, 314 and 315 are fed to the control unit 318 via the signal lines 321, 323, 324 and 326. At the same time, control unit 318 outputs output signals for actuating electrically operable components 302, 304, 316 and 317. Specifically, these are the control signal for controlling the cooler mixing valve 302 via the signal line 319, the signal line 320 for controlling the radiator blind 316, the signal line 322 for controlling the cooler fan 317 and the signal line 325 for controlling the coolant pump 307. In the engine control unit 318 there is a memory element, not shown in FIG. 3, in which the characteristic diagrams shown in FIG. 2 are stored. The other functions shown in FIG. 2, such as controller, prioritization, observer, maximum value selection and filter, are all functionally integrated in control unit 318. It is not essential to the invention whether the functions are integrated in the control device as hardware, that is to say via circuits, or via software. Software integrated in control unit 318, which is suitable for carrying out the method according to the invention for controlling electrically actuable components of the cooling system, thus fulfills the invention in the same way as a hard-wired circuit model.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise das erfindungsgemäße Kühlsystem wird zu jedem Zeitpunkt die gewünschte Solltemperatur des Kühlmediums bzw. einer motorinternen Temperatur eingeregelt, wobei diese Einregelung mit minimalem Stellenergieaufwand realisiert wird. In den im Steuergerät 318 abgelegten Kennfeldern sind Sollgrößen entsprechend der Kühlkreislaufzustände für den gesamtenergieoptimalen Zustand des Fahrzeugs vorgegeben. Die Vorsteuerkennfeider der Reglerstruktur sind so bedatet, dass sich für jeden Betriebspunkt eine Konfiguration der Stellorgane ergibt, die möglichst nahe am energetischen Optimum liegt und mit der die Sollgrößen möglichst erreicht werden. Eventuell notwendige Korrekturen werden durch Reglereingriffe vorgenommen. Die Priorisierung entscheidet, ob und gegebenenfalls in welchem Maße der Reglereingriff mit dem Signal der Vorsteuerung addiert als Steuersignal an das Stellglied ausgegeben wird oder ob stattdessen ein anderes Stellglied angesteuert wird oder ob die momentane Regelabweichung nicht verkleinert werden soll. Die Priorisierung kann also auch entscheiden, ob eine Realisierung des gewünschten Kühlkreislaufzustandes vom momentanen Kühlkreislaufzustand aus energetisch sinnvoll ist. Abweichungen von den Sollvorgaben sind jedoch nur zu unkritischeren Betriebsbedingungen hin zulässig.The desired setpoint temperature of the cooling medium or a temperature internal to the engine is regulated at any time by the method according to the invention or the cooling system according to the invention, this regulation being implemented with minimal expenditure of actuating energy. In the characteristic diagrams stored in the control unit 318, setpoints are predefined in accordance with the cooling circuit states for the overall energy-optimal state of the vehicle. The pilot control indicators of the controller structure are marked so that for each operating point there is a configuration of the actuators that is as close as possible to the energetic optimum and with which the target values are achieved as far as possible. Any necessary corrections are made through controller interventions. The prioritization decides whether and, if necessary, to what extent the control intervention is added to the control element as a control signal, or whether another control element is controlled instead or whether the current control deviation should not be reduced. The prioritization can also decide whether a Realization of the desired cooling circuit state from the current cooling circuit state makes energy sense. However, deviations from the target specifications are only permissible for less critical operating conditions.
In der Priorisierung werden gewisse Regeln und Informationen berücksichtigt, wie z.B.:In the prioritization, certain rules and information are taken into account, such as:
- Der Kühlerlüfter darf erst angesteuert werden, wenn das Kühler-Misch-Ventil mehr als 80% zum Kühler geöffnet ist.- The radiator fan may only be activated when the radiator mixing valve is open to the radiator by more than 80%.
- Die Kühlerjalousie darf nicht über eine Öffnung von beispielsweise x% geöffnet werden, solange das Kühler- Misch-Ventil unter beispielsweise y% zum Kühler geöffnet ist.- The radiator blind must not be opened via an opening of, for example, x%, as long as the radiator mixing valve is open to, for example, y% of the radiator.
- Der Energieaufwand für eine Erhöhung der Kühlleistung durch entsprechende Veränderung der Stellung der elektrisch betätigbaren Komponenten in Abhängigkeit vom Kühlkreislaufzustand und Betriebszustand des Kraftfahrzeugs .- The energy expenditure for increasing the cooling capacity by correspondingly changing the position of the electrically actuable components as a function of the cooling circuit state and operating state of the motor vehicle.
- Evtl . darf zur Verbesserung des Fahrkomforts der Kühlerlüfter wegen seiner hohen Geräuschentwicklung nur in bestimmten Motordrehzahlbereichen eingeschaltet werden .- Possibly . To improve the driving comfort of the radiator fan, it may only be switched on in certain engine speed ranges due to its high noise level.
- Die Priorisierung der Stellsignale der Komponenten Kühlerlüfter und Kühlmittelpumpe werden, relativ zu den anderen elektrisch betätigbaren Komponenten, höhere Prioritäten eingeräumt, da diese einen besonders hohen Stellenergiebedarf aufweisen. Mit anderen Worten: Es werden zuerst das Kühler-Misch-Ventil und die Kühlerjalousie geöffnet. - Es wird der Einfluß der Kühlerjalousie auf den cw-Wert des Kraftfahrzeugs und der damit verbundene Einfluß auf die maximale Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bzw. den Verbrauch berücksichtigt.- The prioritization of the control signals of the radiator fan and coolant pump components, relative to the other electrically operable components, are given higher priorities, since these have a particularly high power requirement. In other words, the radiator mixing valve and the radiator blind are opened first. - The influence of the radiator blind on the cd value of the motor vehicle and the associated influence on the maximum driving speed of the motor vehicle and the consumption are taken into account.
Durch die Priorisierung wird die Ansteuerung des Kühlsystems an das energetische Optimum angenähert. Das Kühlsystem wird dabei - soweit möglich - mit einemThe prioritization brings the control of the cooling system closer to the energetic optimum. The cooling system is - if possible - with a
Mindeskühlmittelvolumenstrom, ausgeschaltetem Kühlerlüfter und möglichst weit geschlossener Kühlerjalousie betrieben. Die abzuführende Kühlleistung wird dabei vorzugsweise durch das Kühlerventil bzw. das Kühler-Misch-Ventil geregelt. Erst wenn die erforderliche Kühlleistung mit diesen Vorgaben nicht mehr realisierbar ist, wird eine stellenergieoptimale Kombination aus Stellung der Kühlerjalousie, Kühlmittelpumpe und Kühlerlüfter angesteuert.Minimum coolant volume flow, the radiator fan switched off and the radiator blind closed as far as possible. The cooling capacity to be discharged is preferably regulated by the radiator valve or the radiator mixing valve. Only when the required cooling capacity can no longer be achieved with these specifications, is a combination of the position of the radiator blind, coolant pump and radiator fan optimized for the desired energy level.
Durch die Erfindung wird sichergestellt, dass die Bauteilbelastung und die Ausbildung von sogenannten Hot- Spots nicht über das zulässige Maß hinausgehen. The invention ensures that the component load and the formation of so-called hot spots do not go beyond the permissible level.

Claims

AnsprücheExpectations
Verfahren zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten von einem Steuergerät (318) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs derart angesteuert werden, dass sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems ergibt.Method for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, characterized in that the components are controlled by a control unit (318) depending on the current operating point of the motor vehicle in such a way that there is an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system results.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sollwerte zur Ansteuerung der Komponenten in Kennfeldern in einem Speicher des Steuergerätes (318) abgelegt sind.Method according to Claim 1, characterized in that setpoints for controlling the components are stored in characteristic maps in a memory of the control device (318).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennfelddaten wenigstens in Abhängigkeit einer der folgenden Einflußgrößen gespeichert sind:Method according to claim 2, characterized in that the map data are stored at least as a function of one of the following influencing variables:
- Fahrzeuggeschwindigkeit- vehicle speed
- Umgebungstemperatur- ambient temperature
- Temperatur des Kühlmittels an verschiedenen Punkten im Kühlkreislauf- Temperature of the coolant at various points in the cooling circuit
- Motortemperatur- engine temperature
- Motorlast - Fahrertyp- engine load - driver type
- Ventilstellungen insbesondere des Kühler-Miseh-Ventils- Valve positions, especially of the radiator miseh valve
- erwarteter, zukünftiger Streckenverlauf aus Navigationssystem- expected, future route from the navigation system
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte zu einer Vorsteuerung (205,215,217,220,229) der Komponenten herangezogen werden.Method according to claim 2 or 3, characterized in that the setpoints are used for a precontrol (205,215,217,220,229) of the components.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung (205,215,217,220,229) für jeden Betriebspunkt eine Konfiguration zur Ansteuerung (208, 219,224,232) der Komponenten ergibt, die auf eine minimale Stellenergie der Komponenten hin optimiert ist .A method according to claim 4, characterized in that the pilot control (205,215,217,220,229) for each operating point results in a configuration for the control (208, 219,224,232) of the components, which is optimized for a minimum actuating energy of the components.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optimaler Wirkungsgrad des Kühlsystems dadurch erreicht wird, dass die Einstellung eines Sollbetriebszustands des Kühlsystems auf minimale Stellenergie der Komponenten optimiert wird.A method according to claim 1, characterized in that an optimal efficiency of the cooling system is achieved in that the setting of a target operating state of the cooling system is optimized for minimum actuating energy of the components.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Komponenten je nach Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs verschiedene Prioritäten (234,204,213,222,228) zugeordnet sind.Method according to claim 1 or 6, characterized in that the components are assigned different priorities (234,204,213,222,228) depending on the operating point of the motor vehicle.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Prioritäten (234) in Abhängigkeit von der notwendigen Stellenergie (233) der jeweiligen Komponente in dem jeweiligen Betriebspunkt erfolgt. Method according to Claim 7, characterized in that the priorities (234) are determined as a function of the necessary actuating energy (233) of the respective component at the respective operating point.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Komponenten unter vorgebbaren Randbedingungen erfolgt, wodurch die Ansteuerung der Komponenten auf betriebspunktabhängige Minimal- und Maximalwerte begrenzt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the control of the components takes place under predefinable boundary conditions, whereby the control of the components is limited to operating point-dependent minimum and maximum values.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Änsteuerwert für eine Komponente aus einer Summe eines Vorsteuerwertes und eines mit einer Priorität verknüpften Reglerwertes10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a control value for a component from a sum of a pilot control value and a controller value associated with a priority
(203,211,227) ergibt.(203,211,227) results.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerwerte zeitlich gefiltert (207,218, 223,231) werden, damit auf ruckartige Laständerungen nur bedingt reagiert wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the control values are filtered over time (207, 218, 223, 231) so that there is only a limited reaction to jerky load changes.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollgröße für das Kühlsystem bzw. den Motor eine Solltemperatur (201) vorgegeben wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a target temperature (201) is specified as the target variable for the cooling system or the motor.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die betragsmäßige, zeitliche Änderung der Solltemperatur beschränkt ist.13. The method according to claim 12, characterized in that the amount, temporal change in the target temperature is limited.
14. Computerprogramm für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Abfolge von Befehlen, die dazu geeignet sind, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn sie auf einem Computer, insbesondere einem Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, ausgeführt werden. 14. Computer program for an internal combustion engine of a motor vehicle, with a sequence of commands which are suitable for carrying out the method according to one of claims 1 to 13 when they are executed on a computer, in particular a control device for an internal combustion engine.
15. Computerprogramm nach Anspruch 14, wobei die Abfolge von Befehlen auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.15. The computer program according to claim 14, wherein the sequence of instructions is stored on a computer-readable data carrier.
16. Steuergerät zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten von dem Steuergerät (318) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs derart ansteuerbar sind, dass sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems ergibt.16. Control device for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, characterized in that the components can be controlled by the control device (318) depending on the current operating point of the motor vehicle in such a way that an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or of the cooling system.
17. Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit ansteuerbaren, elektrisch betätigbaren Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten von einem Steuergerät (318) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs derart ansteuerbar sind, dass sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems ergibt.17. Cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle with controllable, electrically actuable components, characterized in that the components can be controlled by a control unit (318) depending on the current operating point of the motor vehicle in such a way that there is an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system results.
18. Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei der elektrisch betätigbare Komponenten eines Kühlsystems für die Brennkraftmaschine ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten von einem Steuergerät (318) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs derart ansteuerbar sind, dass sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems ergibt. 18. Internal combustion engine of a motor vehicle in which electrically actuable components of a cooling system for the internal combustion engine can be controlled, characterized in that the components can be controlled by a control device (318) depending on the current operating point of the motor vehicle in such a way that an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system.
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