WO2005017326A1 - Wärmemanagement für einen verbrennungsmotor - Google Patents

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WO2005017326A1
WO2005017326A1 PCT/EP2004/008491 EP2004008491W WO2005017326A1 WO 2005017326 A1 WO2005017326 A1 WO 2005017326A1 EP 2004008491 W EP2004008491 W EP 2004008491W WO 2005017326 A1 WO2005017326 A1 WO 2005017326A1
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celsius
coolant
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PCT/EP2004/008491
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Hans Braun
Ralf KÖRBER
Michael Timmann
Jochen Weeber
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Daimlerchrysler Ag
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    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/164—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by varying pump speed

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a thermostat in a cooling circuit of a motor vehicle.
  • a generic cooling system and a generic method for operating the cooling system is known from DE 44 09547 C2.
  • the influencing operating parameters here are the vehicle speed, the load condition of the internal combustion engine and the intake air temperature.
  • a control algorithm is used to decide to which temperature level the coolant should be regulated.
  • the control of the thermostat in the cooling circuit is carried out with a control unit in which the control algorithm is implemented.
  • the temperature levels provided are 90 ° Celsius or 110 ° Celsius.
  • the object of the invention is therefore to specify a method for controlling a thermostat in a cooling system, in particular for a motor vehicle, which is improved with regard to avoiding vibrations and adapting to the ambient conditions.
  • the object is achieved with a method according to claim 1. Further preferred embodiments of the invention are contained in the subclaims and in the exemplary embodiments.
  • the solution is mainly achieved with a control algorithm that allows the coolant temperature to be regulated to three different temperature levels, taking the ambient temperature into account.
  • the control algorithm is implemented as a software program and implemented in a logic component of the engine electronics. In order to avoid vibrations by changing the control setting too often, the control algorithm has a hold function with which the control settings are retained for a minimum period of time. New control parameters can only be set after the minimum period has elapsed.
  • both the power yield and the reduction in consumption of an internal combustion engine can be improved.
  • the lowest temperature level of 80 ° Celsius enables hot filling of the combustion chambers with an ignitable fuel mixture in a demand-controlled manner. While the highest temperature level of 105 ° Celsius is safely reached by increasing the temperature even at cold ambient temperatures, and the internal combustion engine can therefore be operated more reliably with less pollutants even at extremely cold ambient temperatures.
  • the inclusion of the ambient temperature in the decision-making process about the temperature level to be regulated also has the advantage that the operation of the internal combustion engine can be better adapted to the different ambient temperatures. This means that temperature fluctuations due to geographical influences as well as seasonal influences can be included in the decision-making process regarding the temperature level to be regulated and the internal combustion engine can be operated at a better operating point than was previously possible.
  • the invention advantageously has a fallback level, which can be used in the event of failure of the control electronics or if the control algorithm works incorrectly. Fault detection is possible through the self-test of the control electronics or through the temperature monitoring of the coolant temperature. The self-test of the control electronics generates an error signal. If the coolant temperature is too high, which is monitored by a sensor, a decision is made with a decision stage as to whether the coolant temperature is above a critical temperature threshold and, if so, generates an error signal. In the event of an error signal, the temperature control is set with a redundant PID controller, or if a redundant PID controller is not used, the cooling system is operated uncontrolled with maximum cooling capacity.
  • a driver type classification is included in the control algorithm.
  • Driver type classifications are known from adaptive transmission controls and are included as an identifier in the engine controls. This advantageously enables the cooling based on the personal behavior of the driver. Sporty drivers are more likely to prefer coolant temperatures in the lower temperature range, since the degree of filling of the combustion cylinders is better and more torque and more power is available.
  • FIG. 1 shows a typical cooling system in a motor vehicle and schematically shows the control of the three-way thermostat with a control unit, taking into account the most important operating parameters for the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a signal flow plan with a five-stage decision cascade in the form of a simplified Matlab Simulink representation of the method according to the invention 3 The addition of the fallback level in the form of a signal flow representation of the method according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a typical cooling system for a six-cylinder internal combustion engine 1.
  • a vehicle cooler 2 and a heating heat exchanger 3 are integrated in the cooling system.
  • the cooling capacity of the vehicle radiator can be influenced with an electrically driven fan 4.
  • the electric motor of the fan is regulated with a control unit 5. Cooled coolant is removed from the vehicle cooler by means of the feed line 6 and into the cooling lines 8 with the coolant pump 7 for supplying the cooling channels (not shown) for the Combustion cylinder 9 fed.
  • the heated coolant is led from the combustion cylinders 9 via return lines 10 to a three-way thermostat 11.
  • the coolant from the internal combustion engine returns via the radiator return 12 to the vehicle cooler or via the radiator short circuit 13 and the coolant pump 7 back into the cooling lines 8 of the internal combustion engine.
  • the cooling system can be operated in a known manner in short-circuit operation, in mixed operation, or in the large cooling circuit.
  • the heating heat exchanger 3 is connected to the high-temperature branch of the cooling system in the internal combustion engine via a temperature-controlled shut-off valve 14.
  • the throughput after opening the shut-off valve 14 by the heating heat exchanger can be regulated with an additional electric coolant pump 15 and a clocked shut-off valve 16 to regulate the heating power.
  • the temperature level of the coolant in the internal combustion engine is set in a sensor-controlled manner by the control unit 5.
  • a logic component in the form of a microelectronic computing unit is contained in the control device.
  • the control unit is preferably formed by the control unit of the engine electronics.
  • the control algorithm outlined in FIGS. 2 and 3 is implemented in the form of a software program in the logic component.
  • the most important operating data as input variables for the control algorithm are: the amount of fuel introduced into the combustion cylinder, the engine speed, the intake air temperature, the outside air temperature, the driver type classification and the vehicle speed.
  • the fuel quantity can be determined via the measured and controlled injection quantity FJRAT.
  • the amount of fuel is determined indirectly via the measured intake air flow MAF (for Mass Air Flow) and the stoichiometric fuel-air ratio.
  • MAF Mass Air Flow
  • the aforementioned operating data are usually present in engine control units or are recorded and ascertained by them in order to control the combustion process.
  • Driver type classifications are used, for example, in vehicles with adaptive automatic transmissions.
  • the display of the outside air temperature on a display inside the vehicle is common today in the patent applicant's vehicles. So that existing engine electronics or existing engine control software can be used to carry out the invention and no additional effort is required to prepare or determine the operating data of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a simplified Matlab-Simulink representation for the software architecture and the signal flow plan for determining the coolant temperature to be regulated according to the invention.
  • the input signals intake air temperature 21, mass air flow 22, driver type classification 23, engine speed 24, fuel injection quantity 25 and outside air temperature 26 are processed further with a five-stage cascade of decisions and from this the coolant target temperature 27, which is matched to the current operating parameters, is determined.
  • Each stage of the decision cascade consists of an EDP program for the decision and calculation of a target temperature depending on the program input variables.
  • the individual software programs are referred to below as modules.
  • the five-stage decision cascade for engines with duct injection consists of the modules KE_ECT (for duct injector engine cooling temperature), ECT_FTK (for engine cooling temperature according to driver type classification), ECT_AT (for engine cooling temperature according to intake air temperature), ECT_VehSpd (for engine cooling temperature vehicle Speed) and the module ECT_ExtAir (for Engine Cooling Temperature Extern Airtemperature).
  • KE_ECT for duct injector engine cooling temperature
  • ECT_FTK for engine cooling temperature according to driver type classification
  • ECT_AT for engine cooling temperature according to intake air temperature
  • ECT_VehSpd for engine cooling temperature vehicle Speed
  • ECT_ExtAir for Engine Cooling Temperature Extern Airtemperature
  • the fuel quantity is determined from the injection quantity.
  • the DE_ECT module for direct injection engine cooling temperature
  • TMSolll a first coolant target temperature
  • the control algorithm contains both modules as standard, both for the channel injector and for the direct injector. Which module is used is set on an engine-specific basis by activating one of the two modules. This selection option is shown in the signal flow diagram according to FIG. 2 with the switching element 28. This procedure has the advantage that only one control algorithm has to be implemented for the different types of mixture formation, which can then be adjusted to the respective engine version.
  • the first coolant target temperature TMSolll calculated from the fuel input is set as a function of the load, that is to say as a function of the engine speed EngSpd and the fuel quantity, at 105 ° Celsius or at 80 ° Celsius.
  • the first coolant target temperature TMSolll is weighted depending on the current driver type classification FTK from the engine control and from this, according to the driver type classification, either a coolant temperature of 105 ° Celsius or 80 ° Celsius is preferred.
  • the coolant temperature of 80 ° Celsius is weighted more heavily in a sporty driver type classification, that is to say is preferably selected.
  • the result of this weighting is a second coolant target temperature TMSoll2.
  • the intake air temperature is taken into account in the next stage of the decision cascade. This is done in the ECT_AT module.
  • the detection of the intake air temperature serves to identify a traffic jam situation. If the motor vehicle is in a traffic jam, a lowering of the coolant target temperature to 80 "Celsius or 90" Celsius triggered by this traffic jam is desired. This is complied with by reducing the coolant temperature to one of the two aforementioned values if the intake air temperature exceeds a reference value from the temperature interval 40 ° Celsius to 50 ° Celsius.
  • the result after taking the intake air temperature into account is the coolant target temperature TMSoll3.
  • This determined coolant target temperature TMS0II3 is evaluated with the next module ECT_VehSpd in the decision cascade using the current vehicle speed. If the vehicle speed exceeds a first reference value, e.g. 120 km / h, the coolant temperature is set to 90 "Celsius; if the vehicle speed exceeds a second reference value, e.g. 160 km / h, the coolant set temperature is set to 80" Celsius.
  • a first reference value e.g. 120 km / h
  • the coolant temperature is set to 90 "Celsius
  • a second reference value e.g. 160 km / h
  • the coolant target temperature TMSoll4 which is assessed according to the vehicle speed, is assessed and determined using the outside air temperature.
  • the previously found coolant temperatures can be overridden in the presence of extreme environmental conditions, such as extreme cold, and one ultimately to be controlled coolant target temperature TMSoll5 are determined, which is specified as the target variable for the control of the fans 4 and the three-way thermostat 11.
  • a first reference value for example 12 "Celsius
  • the coolant target temperature is adapted to the outside temperature when the first reference value, for example 12" Celsius, falls below a coolant target temperature of 90 “Celsius. If the outside temperature drops further and falls below a second reference value, for example minus 15" Celsius, the coolant target temperature is set to 105 "Celsius independently of the other influencing factors.
  • the coolant target temperature TMSoll5 which is ultimately present after the fifth stage, is used as the target variable for controlling the fan 4 and the three-way thermostat 11 independently of the input signals 21, 22, 23, 24, 25, 26 and the vehicle speed for a minimum period of time, e.g. 100 seconds, maintained.
  • This holding function can e.g. can be realized with a holding element or a program-technical waiting loop. In the signal flow diagram in FIG. 2, the holding function of the determined coolant target temperature is symbolized by a temporal holding element 29.
  • FIG. 3 illustrates another feature of the invention, namely the addition of a fallback level to the thermal management of the internal combustion engine if the control algorithm described above fails.
  • the basis of the fallback level is a characteristic signal disable, which is checked by subsequent controls for the fan 4 and the three-way thermostat 11.
  • This identification signal is usually an error flag that is set when an error has been determined in the process to be checked. If the error flag is set, the possible coolant target temperatures determined with the control algorithm from FIG. 2 are not taken into account by subsequent controls.
  • the cooling system of the internal combustion engine is then either operated continuously at maximum cooling capacity or, if present, the coolant temperature is set in a conventional manner in a purely temperature-controlled manner using a redundant PID controller.
  • the error detection according to the exemplary embodiment in FIG. 3 is carried out programmatically by monitoring the relevant data signals with the Failsafe program module, by monitoring the coolant temperature and by making a technical error decision and setting the error flag diable with the TM_disable module.
  • the error decision must be made as an alternative as soon as either the coolant temperature reaches a predetermined critical reference value, e.g. 108 "Celsius, or as soon as a non-existent data signal or an illegal data signal is detected by the Failsafe signal flow monitor.
  • the error monitor can be extended to monitor the control units of the ME motor electronics.
  • the control units have self-test routines that provide error signals. which can be monitored with the signal flow monitoring module. If an error is detected by the signal flow monitoring, an error identification signal is sent to the decision level TM_disable. In the decision level, the error detection is transmitted, an evaluation of the error and the decision whether a Error flag is set or not.

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Abstract

Die Erfindung betrifft hauptsächlich einen Steuerungsalgorithmus, der es ermöglicht unter Einbeziehung der Umgebungstemperatur die Kühlmitteltemperatur auf drei verschiedene Temperaturniveaus zu regeln. Der Steuerungsalgorithmus ist hierbei als ein Softwareprogramm ausgeführt und in ein logisches Bauelement der Motorelektronik implementiert. Zur Schwingungsvermeidung durch zu häufiges Wechseln der Regeleinstellung, verfügt der Steuerungsalgorithmus über eine Haltefunktion, mit der die Regeleinstellungen für eine Mindestzeitdauer beibehalten werden. Erst nach Ablauf der Mindestzeitdauer können wieder neue Regelparameter eingestellt werden.

Description

Wärmemanagement für einen Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Thermostaten in einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges.
Eine gattungsbildende Kühlanlage und ein gattungsbildendes Verfahren zum Betrieb der Kühlanlage ist aus der DE 44 09547 C2 bekannt. Mit dieser Kühlanlage können abhängig von bestimmten Betriebsparametern des Fahrzeuges zwei verschiedene Kühlmitteltemperaturen eingeregelt werden. Die beeinflussenden Betriebsparameter sind hierbei die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lastzustand des Verbrennungsmotors und die Ansauglufttemperatur. In Abhängigkeit der vorgenannten Parameter wird mit einem Steuerungsalgorithmus entschieden, auf welches Temperaturniveau das Kühlmittel geregelt werden soll. Die AnSteuerung des Thermostaten im Kühlkreislauf erfolgt hierbei mit einem Steuergerät, in das der Steuerungsalgorithmus implementiert ist. Als Temperaturniveaus sind 90°Celsius oder 110°Celsius vorgesehen.
Mit einem gattungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Kühlanlage ist es möglich, die Kühlanlage je nach Anforderung an den Verbrennungsmotor entweder auf einem verbrauchsgünstigen oberen hohen Temperaturniveau oder auf einem leistungsstei- gernden unteren Temperaturniveau zu betreiben. Die vorbekannten Zweipunktregelungen neigen zum Schwingen. Dies Problem tritt immer dann auf, wenn die Einflussgrößen und deren Auswertung in einem Wertebereich liegen, in dem bei geringster Änderung der Einflussgrößen der Steuerungsalgorithmus auf das jeweils andere Temperaturniveau regelt. Außerdem lassen vorbekannte Verfahren die Außentemperatur, sprich die Umgebungstemperatur, unberücksichtigt, obwohl die Umgebungstemperaturen stark schwanken können und bei extremen Wetterlagen einen großen Einfluss auf die Motortemperatur und die mögliche Kühlleistung des Kühlsystems haben. Dies hat zur Folge, dass die Führungsgrößen für die Regelung einen gewissen Sicherheitsbereich mitenthalten müssen. D.h. insbesondere für das untere Temperaturniveau, dass es hoch genug gewählt werden muss, dass auch noch im Winter oder bei kalten Umgebungstemperaturen ein schadstoffarmer Betrieb des Verbrennungsmotors sichergestellt ist. Das heißt, es muss bei hohen Umgebungstemperaturen auf eine gewünschte weitere Absenkung des unteren Temperaturniveaus verzichtet werden.
Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher ein Verfahren zur An- steuerung eines Thermostaten in einer Kühlanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, das hinsichtlich Schwingungsvermeidung und Anpassung an die Umgebungsbedingungen verbessert ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in den Ausführungsbeispielen enthalten. Die Lösung gelingt hauptsächlich mit einem Steuerungsalgorithmus, der es ermöglicht unter Einbeziehung der Umgebungstemperatur die Kühlmitteltemperatur auf drei verschiedene Temperaturniveaus zu regeln. Der Steuerungsalgorithmus ist hierbei als ein Softwareprogramm ausgeführt und in ein logisches Bauelement der Motorelektronik implementiert. Zur Schwingungsvermeidung durch zu häufiges Wechseln der Regeleinstellung , verfügt der Steuerungsalgorithmus über eine Haltefunktion, mit der die Regeleinstellungen für eine Mindestzeitdauer beibehalten werden. Erst nach Ablauf der Mindestzeitdauer können wieder neue Regelparameter eingestellt werden.
Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt :
Durch die Einrichtung dreier Temperaturniveaus, auf die die Kühlmitteltemperatur geregelt werden kann und durch die Einbeziehung der Umgebungstemperatur in die Entscheidung über das auszuwählende Temperaturniveau kann sowohl die Leistungsausbeute als auch die Verbrauchsminderung eines Verbrennungsmotors verbessert werden. Das unterste Temperaturniveau von 80 °Celsius ermöglicht bei heißen Umgebungstemperaturen bedarfsgesteuert eine verbesserte Befüllung der Verbrennungs- räume mit einem zündfähigen Kraftstoffgemisch. Während das oberste Temperaturniveau von 105 ° Celsius durch die Tempera- turanhebung auch bei kalten Umgebungstemperaturen sicher erreicht wird und damit der Verbrennungsmotor auch bei extrem kalten Umgebungstemperaturen zuverlässiger schadstoffarm betrieben werden kann.
Die Einbeziehung der Umgebungstemperatur in den Entschei- dungsprozess über das einzuregelnde Temperaturniveau hat weiterhin den Vorteil, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors besser an die unterschiedlichen Umgebungstemperaturen ange- passt werden kann. Damit können sowohl Temperaturschwankungen durch geographische Einflüsse als auch durch saisonale Einflüsse in die Entscheidungsfindung über das einzuregelnde Temperaturniveau miteinbezogen werden und der Verbrennungsmotor in einem besseren Betriebspunkt betrieben werden als das bisher möglich war.
Einen besseren Betriebspunkt des Motors einzustellen, ist auch der Vorteil der drei Temperaturniveaus, auf die die Kühlmitteltemperatur geregelt werden kann und die erfindungs- gemäß eingeführt werden.
Vorteilhafter Weise verfügt die Erfindung über eine Rückfall- ebene, auf die bei Ausfall der Steuerungselektronik oder bei fehlerhaft arbeitendem Steuerungsalgorithmus zurückgegriffen werden kann. Die Fehlererkennung ist hierbei durch den Selbsttest der Steuerungselektronik oder durch die Temperaturüberwachung der Kühlmitteltemperatur möglich. Der Selbsttest der Steuerungselektronik erzeugt hierbei ein Fehlersignal . Bei zu hoher Kühlmitteltemperatur, die mit einem Sensor überwacht wird, wird mit einem Entscheidungsstufe entschieden, ob die Kühlmitteltemperatur über einer kritischen Temperaturschwelle liegt und wenn ja ein Fehlersignal erzeugt. Bei vorliegendem Fehlersignal wird die Temperaturregelung mit einem redundanten PID-Regler eingestellt, oder falls auf einen redundanten PID-Regler verzichtet wird, wird die Kühlanlage ungeregelt mit maximaler Kühlleistung betrieben.
In einer anderen vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird in den Steuerungsalgorithmus eine Fahrertypklassifizierung miteinbezogen. Fahrertypklassifizierungen sind aus adaptiven Getriebesteuerungen bekannt und als Kennung in den Motorsteuerungen enthalten. Dies ermöglicht mit Vorteil die Kühlleis- tung auf das persönliche verhalten des Fahrzeugführers abzustellen. Sportliche Fahrer werden eher Kühlmitteltemperaturen im unteren Temperaturbereich bevorzugen, da dann der Füllungsgrad der Verbrennungszylinder besser ist und mehr Drehmoment und mehr Leistung zur Verfügung steht .
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 Eine typische Kühlanlage in einem Kraftfahrzeug und schematisch die Ansteuerung des Dreiwegethermostaten mit einem Steuergerät unter Einbeziehung der wichtigsten Betriebsparameter für das erfindungsgemäße Verfahren, Fig. 2 Einen Signalflussplan mit fünfstufiger Entscheidungskaskade in Form einer vereinfachten Matlab- Simulink Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 Die Ergänzung des erfindungsgemäßen Verfahrens um eine Rückfallebene in Form einer Signalflussdarstellung.
Figur 1 zeigt schematisch ein typisches Kühlsystem für einen Sechszylinder-Verbrennungsmotor 1. Neben dem Verbrennungsmotor sind in das Kühlsystem ein Fahrzeugkühler 2 und ein Heizungswärmetauscher 3 integriert. Die Kühlleistung des Fahrzeugkühlers kann mit einem elektrisch angetriebenen Lüfter 4 beeinflusst werden. Zur Regulierung der Lüfterleistung wird der elektrische Motor des Lüfters mit einem Steuergerät 5 geregelt . Aus dem Fahrzeugkühler wird mittels der Vorlaufleitung 6 gekühltes Kühlmittel entnommen und mit der Kühlmittelpumpe 7 in die Kühlleitungen 8 zur Speisung der nicht näher dargestellten Kühlkanäle für die Verbrennungszylinder 9 eingespeist. Von den VerbrennungsZylindern 9 wird das erhitzte Kühlmittel über Rückleitungen 10 zu einem Drei-Wege-Thermostaten 11 geführt. Je nach Stellung der Ventile in dem Drei-Wege-Thermostaten 11 gelangt das Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotor über den Kühlerrücklauf 12 wieder zurück in den Fahrzeugkühler oder über den Kühlerkurzschluss 13 und die Kühlmittelpumpe 7 wieder zurück in die Kühlleitungen 8 des Verbrennungsmotors .
Je nach Stellung der Ventile im Drei-Wege-Thermostaten 11 kann das Kühlsystem hierbei in an sich bekannter Weise im Kurzschlussbetrieb, im Mischbetrieb, oder im großen Kühlkreislauf gefahren werden. Der Heizungswärmetauscher 3 ist über ein temperaturgesteuertes Absperrventil 14 an den Hochtemperaturzweig des Kühlsystems im Verbrennungsmotor angeschlossen. Der Durchsatz nach Öffnen des Absperrventils 14 durch den Heizungswärmetauscher kann zur Regulierung der Heizleistung mit einer zusätzlichen elektrischen Kühlmittelpumpe 15 und einem getakteten Absperrventil 16 reguliert werden.
Das Temperaturniveau des Kühlmittels im Verbrennungsmotor wird hierbei von dem Steuergerät 5 sensorgesteuert eingestellt. In dem Steuergerät ist ein logisches Bauelement Logik in Form einer mikroelektronischen Recheneinheit enthalten. Vorzugsweise wird das Steuergerät durch das Steuergerät der Motorelektronik gebildet. In dem logischen Bauelement ist der in den Figuren 2 und 3 skizzierte Steuerungsalgorithmus in Form eines Softwareprogramms implementiert. Die wichtigsten Betriebsdaten als Eingangsgrößen für den Steuerungsalgorithmus sind hierbei: die in den Verbrennungszylinder eingebrachte Kraftstoffmenge, die Motordrehzahl, die Ansauflufttempera- tur, die Außenlufttemperatur, die Fahrertypklassifizierung und die Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Kraftstoffmenge kann bei direkteinspritzenden Motoren ü- ber die gemessene und gesteuerte Einspritzmenge FJRAT bestimmt werden. Im Falle von Vergaser Motoren wird die Kraftstoffmenge indirekt über den gemessenen Ansaugluftstrom MAF (für Mass Air Flow) und das stöchiometrische Kraftstoff- Luftverhältnis bestimmt. Die vorgenannten Betriebsdaten sind in Motorsteuergeräten üblicherweise vorhanden bzw. werden von ihnen erfasst und ermittelt, um den Verbrennungsprozess zu steuern. Fahrertypklassifikationen werden z.B. in Fahrzeugen mit adaptiven Automatikgetrieben eingesetzt. Die Anzeige der Außenlufttemperatur auf einem Display im Fahrzeuginneren ist heutzutage in den Fahrzeugen der Patentanmelderin üblich. So dass zur Ausführung der Erfindung auf bestehende Motorelektroniken bzw. auf bestehende Motorsteuerungssoftware zurückgegriffen werden kann und kein zusätzlicher Aufwand zur Aufbereitung oder Ermittlung der Betriebsdaten des Verbrennungsmotors notwendig ist.
Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Matlab-Simulink Darstellung für die Software Architektur und den Signalflussplan zur erfindungsgemäßen Bestimmung der einzuregelnden Kühlmitteltemperatur. Die Eingangssignale Ansauglufttemperatur 21, Mass Air Flow 22, Fahrertypklassifizierung 23, Motordrehzahl 24, Kraftstoffeinspritzmenge 25 und Außenlufttemperatur 26 werden mit einer fünfstufigen Entscheidungskaskade weiterverarbeitet und daraus die auf die aktuellen Betriesparameter abgestimmte Kühlmittelsolltemperatur 27 bestimmt. Jede Stufe der Entscheidungskaskade besteht aus einem EDV-Programm zur Entscheidung und Berechnung einer Solltemperatur in Abhängigkeit der programmtechnischen Eingangsgrößen. Die einzelnen Softwareprogramme werden im folgenden als Module bezeichnet. Die fünfstufige Entscheidungskaskade besteht hierbei bei Motoren mit Kanaleinspritzung aus den Modulen KE_ECT (für Ka- nalEinspritzer Engine Cooling Temperature) , ECT_FTK (für Engine Cooling Temperatur nach Fahrertypklassifizierung) , ECT_AT (für Engine Cooling Temperatur nach Ansauglufttemperatur) , ECT_VehSpd (für Engine Cooling Temperatur Vehicle Speed) und dem Modul ECT_ExtAir (für Engine Cooling Temperature Extern Airtemperature) .
Bei direkt einspritzenden Motoren wird die Kraftstoffmenge aus der Einspritzmenge bestimmt. Bei diesen Motoren wird an Stelle des Moduls KE_ECT das Modul DE_ECT (für Direkt Einspritzung Engine Cooling Temperature) für die Berechnung einer ersten Kühlmittelsolltemperatur TMSolll herangezogen. Der Steuerungsalgorithmus enthält standardmäßig beide Module, sowohl für den Kanaleinspritzer als auch für den Direkteinspritzer. Welches Modul eingesetzt wird, wird motorspezifisch durch programmtechnisches Aktivieren eines der beiden Module, eingestellt. Diese Auswahlmöglichkeit ist in dem Signalflussplan nach Fig. 2 mit dem Schaltelement 28 dargestellt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass für die verschiedenen Arten der Gemischbildung lediglich ein Steuerungsalgorithmus implementiert werden muss, der dann auf die jeweilige Motorversion eingestellt werden kann.
Die aus dem Kraftstoffeintrag berechnete erste Kühlmittel- Solltemperatur TMSolll wird lastabhängig, das heißt in Abhängigkeit der Motordrehzahl EngSpd und der Kraftstoffmenge auf 105 °Celsius oder auf 80 °Celsius festgelegt. Mit dem folgenden Modul ECT_FTK wird die erste Kühlmittelsolltemperatur TMSolll in Abhängigkeit der aktuellen Fahrertypklassifizierung FTK aus der Motorsteuerung gewichtet und daraus entsprechend der Fahrertypklassifizierung entweder eine Kühlmittel- temperatur von 105 °Celsius oder von 80 °Celsius bevorzugt. Die Kühlmitteltemperatur von 80 °Celsius wird bei einer sportlichen Fahrertypklassifizierung stärker gewichtet, d.h. bevorzugt ausgewählt. Ergebnis dieser Gewichtung ist eine zweite Kühlmittelsolltemperatur TMSoll2.
Nach der Fahrertypklassifikation wird in der nächsten Stufe der Entscheidungskaskade die Ansauglufttemperatur berücksichtigt. Dies erfolgt im Modul ECT_AT. Die Erfassung der Ansauglufttemperatur dient der Erkennung einer Stausituation. Befindet sich das Kraftfahrzeug im Stau ist eine durch diesen Stau getriggerte Absenkung der Kühlmittelsolltemperatur auf 80 "Celsius oder 90 "Celsius gewünscht. Dem wird entsprochen, indem die Kühlmitteltemperatur auf einen der beiden vorgenannten Werte abgesenkt wird, wenn die Ansauglufttemperatur einen Referenzwert aus dem Temperaturintervall 40 °Celsius bis 50 °Celsius übersteigt. Ergebnis nach Berücksichtigung der Ansauglufttemperatur ist die Kühlmittelsolltemperatur TMSoll3.
Diese ermittelte Kühlmittelsolltemperatur TMS0II3 wird mit dem nächsten Modul ECT_VehSpd in der Entscheidungskaskade unter Heranziehung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bewertet. Übersteigt die Fahrzeuggeschwindigkeit einen ersten Referenzwert, z.B. 120 km/h, wird die Kühlmitteltemperatur auf 90 "Celsius festgelegt; übersteigt die Fahrzeuggeschwindigkeit einen zweiten Referenzwert, z.B. 160 km/h wird die Kühl- mittelsolltemperatur auf 80 "Celsius festgelegt.
In der letzten Stufe der Entscheidungskaskade wird die nach der Fahrzeuggeschwindigkeit bewertete Kühlmittelsolltemperatur TMSoll4 unter Heranziehung der Außenlufttemperatur bewertet und bestimmt. Hiermit können letztlich die zuvor gefundenen Kühlmittelsolltemperaturen bei Vorliegen extremer Umweltbedingen, wie z.B. extreme Kälte, übersteuert werden und eine letztlich anzusteuernde Kühlmittelsolltemperatur TMSoll5 ermittelt werden, die als Sollgröße der Ansteuerung der Lüfters 4 und des Dreiwegethermostaten 11 vorgegeben wird. Übersteigt die Außentemperatur einen ersten Referenzwert, von z.B. 12 "Celsius, findet durch die letzte Stufe der Entscheidungskaskade keine Temperaturabsenkung statt. Eine Adaption der Kühl- mittelsolltemperatur an die Außentemperatur erfolgt bei Unterschreiten des ersten Referenzwertes, von z.B. 12 "Celsius, auf eine Kühlmittelsolltemperatur von 90 "Celsius. Fällt die Außentemperatur weiter ab und unterschreitet sie einen zweiten Referenzwert, von z.B. minus 15 "Celsius, wird die Kühlmittelsolltemperatur unabhängig von den anderen Einflussgrδ- ßen auf 105 "Celsius festgelegt.
Die nach der fünften Stufe letztendlich vorliegende Kühlmittelsolltemperatur TMSoll5 wird als Sollgröße für die Ansteuerung des Lüfters 4 und des Dreiwegethermostaten 11 unabhängig von den Eingangssignalen 21,22,23,24,25,26 und der Fahrzeuggeschwindigkeit für einen MindestZeitraum, von z.B. 100 Sekunden, beibehalten. Diese Haltefunktion kann z.B. mit einem Halteglied oder einer programmtechnischen Warteschleife realisiert werden. Im Signalflussplan der Figur 2 ist die Haltefunktion der ermittelten Kühlmittelsolltemperatur durch ein zeitliches Halteglied 29 symbolisiert.
Fig. 3 veranschaulicht ein weiteres Merkmal der Erfindung, nämlich die Ergänzung des Thermomanagements des Verbrennungsmotors durch eine Rückfallebene, wenn der zuvor beschriebene Steuerungsalgorithmus ausfällt. Grundlage der Rückfallebene ist ein Kennsignal disable, das von nachfolgenden Ansteuerun- gen für den Lüfter 4 und den Dreiwegethermostaten 11 überprüft wird. Dieses Kennsignal ist in der Regel ein Fehler- flag, das gesetzt wird, wenn in dem zu überprüfenden Prozess ein Fehler ermittelt wurde. Ist das Fehlerflag gesetzt, wer- den eventuelle mit dem Steuerungsalgorithmus aus Fig. 2 ermittelte Kühlmittelsolltemperaturen, von nachfolgenden Steuerungen unberücksichtigt gelassen. Die Kühlanlage des Verbrennungsmotors wird dann entweder ständig mit maximaler Kühlleistung betrieben oder falls vorhanden wird die Kühlmittel- temperatur mit einem redundant vorhandenen PID-Regler in herkömmlicher Weise rein temperaturgesteuert eingestellt.
Die Fehlererkennung nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 erfolgt dabei programmtechnisch durch eine Überwachung der relevanten Datensignale mit dem Programmmodul Failsafe, durch Überwachung der Kühlmitteltemperatur und durch eine programmtechnische Fehlerentscheidung und Setzen des Fehlerflags di- sable mit dem Modul TM_disable. Die FehlerentScheidung ist hierbei alternativ zu treffen, sobald entweder die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen kritischen Referenzwert, von z.B. 108 "Celsius, übersteigt oder sobald von der Signal- flussüberwachung Failsafe ein nichtvorhandenes Datensignal oder ein unerlaubtes Datensignal festgestellt wird. Die Fehlerüberwachung kann noch auf die Überwachung der Steuergeräte der Motorelektronik ME ausgedehnt werden. Die Steuergeräte verfügen über Selbsttestsroutinen, die Fehlersignale zur Verfügung stellen, die mit dem Modul zur Signalflussüberwachung mitüberwacht werden können. Wird von der Signalflussüberwachung ein Fehler festgestellt, wird ein Fehler Kennsignal an die Entscheidungsstufe TM_disable gesandt. In der Entscheidungsstufe wird dann anhand der übermittelten Fehlerkennung, eine Bewertung des Fehlers vorgenommen und die Entscheidung getroffen, ob ein Fehlerflag zu setzen ist oder nicht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung eines Thermostaten (11), insbesondere in einem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors (1) , wobei mit den Ventilen im Thermostaten ein kleiner Kühlmittelkreislauf ohne Kühler (2) und ein großer Kühl- mittelkreislauf mit Kühler (2) temperaturgesteuert voneinander getrennt, miteinander verbunden oder in einem Mischbetrieb mit temperaturgeregeltem Mischungsverhältnis zusammengeschaltet werden können, wobei, die Betätigungseinheiten der Ventile im Thermostaten (11) von einem logischen Bauelement (Logik) angesteuert werden und die Öffnungs- oder Schließzeiten der einzelnen Ventile im Thermostaten (11) von einem Steuerungsalgorithmus, der in das logische Bauelement (Logik) implementiert ist, ermittelt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in Abhängigkeit der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors die Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf mit den vom Steuerungsalgorithmus ermittelten Regeleinstellungen auf drei verschiedene Temperatύrniveaus geregelt wird und das die ermittelten Regeleinstellungen mit einer Haltefunktion für eine vorgegebene Mindestdauer beibehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betriebsparameter aus der elektronischen Motorsteuerung entnommen werden und für die Berechnung insbesondere die Kenngrößen für die in den Verbrennungszylinder eingebrachte Kraftstoffmenge, die Motordrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Ansauglufttemperatur, die Umgebungstemperatur, die Kenngröße für die Fahrertypklassifizierung oder Kombinationen der genannten Betriebsparameter herangezogen werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die vorgegebene Mindestdauer mindestens Hundert Sekunden beträgt .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die drei verschiedenen Temperaturniveaus 80°C, 90°C und 105"C sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinstellungen mit einer fünfstufigen Entscheidungskaskade ermittelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - dass in der ersten Stufe ( KE_ECT) der Entscheidungskaskade aus der Motordrehzahl (EngSpd) und der in den Zylindern befindlichen Kraftstoffmenge (MAF, FJRATE) ein erster Temperatursollwert (TMSOLLl) von 105°C,90°C oder 80°C ermittelt wird, - dass in der zweiten Stufe (ECT_FTK) der Entscheidungs- kaskade aus dem ersten Temperatursollwert (TMSOLLl) und der Kenngröße für die Fahrertypklassifizierung (FTK) ein zweiter Temperatursollwert (TMSOLL2) ) von 105°C,90°C o- der 80°C ermittelt wird, - dass in der dritten Stufe (ECT__AT) der Entseheidungskaskade aus dem zweiten Temperatursollwert (TMSOLL2) und der Ansauglufttemperatur ein dritter Temperatursollwert (TMSOLL3) ) von 105°C, 90°C oder 80°C ermittelt wird, - dass in der vierten Stufe (ECT__VehSpd) der Entscheidungskaskade aus dem dritten Temperatursollwert (TMSOLL3) und der FahrZeuggeschwindigkeit (Veh-Spd) ein vierter Temperatursollwert (TMSOLL4) ) von 105°C,90°C oder 80"C ermittelt wird, - dass in der fünften Stufe (ECT_ExtAir) aus dem vierten Temperatursollwert (TMSOLL4) und der Außenlufttemperatur - ein fünfter Temperatursollwert (TMSOLL5) von 105°C,90°C oder 80°C ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei hoher Belastung des Verbrennungsmotor die Kühl- mittelte peratur abhängig von der Außentemperatur auf 80 oder 90°Celsius geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einer Außentemperatur unterhalb von minus 15"Celsius die Kühlmitteltemperatur lastunabhängig auf 105°Celsius geregelt wird, dass bei einer Außentemperatur im Bereich von minus 15°Celsius bis 12 "Celsius die Kühlmitteltemperatur lastabhängig auf 90°Clesius oder 105°Clecius geregelt wird, dass bei einer Außentemperatur über 12 "Celsius die Kühlmitteltemperatur lastabhängig auf 80"Celsius oder 105°Celsius geregelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einer Ansauglufttemperatur von über 40°Celsius die Kühlmitteltemperatur abgesenkt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von über 120 Stundenkilometer und einer Außentemperatur von über minus 15"Celsius die Kühlmitteltemperatur abhängig von der Umgebungstemperatur auf 80°Celsius oder 90°Celsius abgesenkt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von über 160 Stundenkilometer und einer Außentemperatur von über minus 15°Celsius die Kühlmitteltemperatur auf 80°Clecius abgesenkt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in die Absenkung der Kühlmitteltemperatur die Fahrertypklassifizierung (FTK) mit eingeht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei fehlerhaft arbeitendem Steuerungsalgorithmus der Steuerungsalgorithmus deaktiviert wird und der Verbrennungsmotor permanent mit maximaler Kühlleistung gekühlt wird.
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