WO2005080766A1

WO2005080766A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung des kühlkreislaufs einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2005080766A1
Application number: PCT/DE2005/000019
Authority: WO
Inventors: Isabelle Gentil-Kreienkamp; Joerg Grothe; Dirk Schoeneberg; Franz Lukas; Rainer Mayer
Original assignee: Robert Bosch Gmbh; Audi Ag
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2005-09-01
Also published as: JP2007522388A; EP1718850A1; DE102004008170A1; DE102004008170B4; JP4658971B2

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Kühlkreislaufs einer Bremskraftmaschine vorgesehen, wobei die Steuerung mit einer vorgegebenen Solltemperatur erfolgt. Für den Warmlauf wird zeitweise eine Warmlaufsolltemperatur (Tsw) verwendet, die höher ist als die Solltemperatur (Ts).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Steuerung des Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche. Kühlkreisläufe von Brennkraftmaschinen werden üblicherweise auf eine vorbestimmte Solltemperaturen geregelt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfϊndungsgemäße Vorrichtung haben demgegenüber den Vorteil, dass ein verbesserter Warmlauf der Brennkraftmaschine erreicht wird. Insbesondere wird eine schnellere Erwärmung der Brennkraftmaschine während des Warmlaufbetriebs sichergestellt.

Weiterbildungen und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Die Warmlaufsolltemperatur wird zweckmäßiger Weise zwischen der Solltemperatur und dem Siedepunkt des Kühlmittels in dem Kühlkreislauf gewählt. Zur Erkennung des Warmlaufbetriebs kann die unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine vorliegende Temperatur der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Beim Erreichen der Warmlauftemperatur wird der Kühlkreislauf aktiviert, indem ein entsprechendes Steuerventil bzw. eine Pumpe angesteuert werden. Dabei sollte der Volumenstrom mit einer vorgegebenen Abhängigkeit langsam erhöht werden, indem die Öffnung des Ventils und/oder die Pumpleistung der Pumpe beeinflusst werden. Nach dem Erreichen der Warmlaufsolltemperatur kann auch eine Übergangssolltemperatur vorgegeben werden. Diese Maßnahmen dienen dazu, nach dem Erreichen der Warmlaufsolltemperatur einen sanften überschwingungsfreien Übergang hin zur Solltemperatur zu gewährleisten.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine,

Figur 2 den Temperaturverlauf bei einer herkömmlichen Temperaturregelung im

Warmlauf,

Figur 3 den Temperaturverlauf im Warmlauf gemäß der Erfindung und

Figur 4 einzelne Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung

In der Figur 1 wird schematisch der Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine gezeigt. Die Brennkraftmaschine weist einen.Motorblock 1 mit darin angeordneten Zylindern 2 auf. Der Motorblock 1 wird von einem Kühlmittel durchflössen, welches von einem Zulauf 3 zugeführt wird und von einem Ablauf 4 weggeführt wird. Das Kühlmittel im Motorblock 1 wird durch den Ablauf 4 entweder direkt wieder über den Bypass 10 oder einen schematisch angedeuteten Kühler 5 durch einen Zulauf 3 wieder dem Motorblock 1 zugeführt. Abhängig von der Kühlmitteltemperatur wird dabei durch den Thermostat 11 (oder alternativ ein elektronisches Mischventil) festgelegt, durch welchen Zweig das Kühlmittel strömt. Bei zu heißem Kühlmittel wird die in den Zylindern 2 bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehende Wärme durch das Kühlmittel in den Kühler 5 transportiert und dort an Umgebungsluft oder dergleichen abgegeben. Die so gekühlte Kühlflüssigkeit wird dann durch den Zulauf 3 wieder in den Motorblock 1 transportiert. Im Ablauf 4 ist noch ein Drosselventil 6 und im Zulauf 3 eine Pumpe 7 vorgesehen. Durch das Ventil 6 kann die Verbindung zwischen dem Motorblock 1 und dem Kühler 5 geschlossen, gedrosselt oder unterbrochen werden. Durch die Pumpe 7 wird das Kühlmittel in Bewegung versetzt, um es im Kühlkreislauf zu transportieren. Das Ventil 6 und die Pumpe 7 werden von einem Steuergerät 8 über hier nicht gezeigte Leitungen angesteuert. Das Steuergerät 8 erhält zusätzlich noch eine Information über die Motortemperatur, beispielsweise von dem Motortemperaturfühler 9, der auf dem Motorblock 1 angeordnet ist. Dieser Motortemperaturfühler 9 kann auch an anderer geeigneter Stelle, beispielsweise im Ablauf 4, vorgesehen sein.

In der Figur 2 wird der Temperaturverlauf bei einem herkömmlichen Verfahren zur Steuerung des Kühlkreislaufs gezeigt. Aufgetragen ist die Zeit t gegen die Temperatur T. Zum Zeitpunkt tO wird die Brennkraftmaschine gestartet. Dies führt relativ schnell zu einem Anstieg der Temperatur im Motorblock bis zum Zeitpunkt tl, zu dem die Solltemperatur Ts erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt öffnet dann die Steuerung 8 das Ventil 6 und aktiviert die Pumpe 7. Bei dieser Solltemperatur Ts handelt es sich um die Temperatur, die bei einem dauerhaften Betrieb der Brennkraftmaschine angestrebt wird. Immer wenn diese Temperatur erreicht wird, wird der Thermostat geöffnet, d. h. heiße Kühlflüssigkeit wird dem Motorblock 1 entnommen, durch den Kühler 5 gepumpt und dabei abgekühlt und dann wieder mit einer geringeren Temperatur dem Motorblock 1 zugeführt. Es wird so eine zuverlässige Kühlung des Motorblocks 1 erreicht. Hat zum Zeitpunkt tl die Brennkraftmaschine nach dem Start erstmalig diese Solltemperatur Ts erreicht, wird das Ventil 6 wird geöffnet und die Pumpe 7 aktiviert. Da sich' im Kühler 5 und auch in den Leitungen 3, 4 und 10 noch sehr kaltes Kühlmedium befindet, ist dieses erstmalige Aktivieren des Kühlkreislaufs mit einem starken Temperatureinbruch der Motortemperatur verbunden. Zwischen den Zeitpunkten tl und t2 kommt es daher zu einem sehr deutlichen Temperaturabfall, d. h. die Brennkraftmaschine wird,wieder unterhalb der optimalen Solltemperatur Ts betrieben. Erst nach der vergleichsweise langen Zeit zwischen t2 und t3 erreicht die Temperatur im Motorblock 1 wieder den Temperaturwert Ts. Die dann wiederum erfolgende Aktivierung des Kühlkreislaufs führt dann allerdings nicht mehr zu so starken Temperatureinbrüchen, da das Kühlmedium im Kühler 5 und den Leitungen 3 und 4 bereits eine gewisse Temperatur erreicht haben.

In der Figur 3 wird das erfindungsgemäß verbesserte Verfahren zur Steuerung des Kühlkreislaufs gezeigt. Zum Zeitpunkt tO erfolgt der Start der Brennkraftmaschine, und der zeitliche Verlauf der Erwärmung bis zum Zeitpunkt tl entspricht dem Verlauf, wie er bereits zur Figur 2 beschrieben wurde. Zum Zweck des Warmlaufs ist jedoch eine erstmalige Aktivierung des Kühlkreislauf nicht bei der Temperatur Ts, sondern bei einer höheren Warmlaufsolltemperatur Tsw vorgesehen. Es wird somit beim Warmlauf eine gewisse Überschreitung der Temperatur im Motorblock 1 akzeptiert. Erst zum Zeitpunkt t4, d. h. später als in der Figur 2, und bei der höheren Temperatur Tsw erfolgt die erstmalige Aktivierung des Kühlkreislaufs, indem das Ventil 6 langsam geöffnet und die Pumpe 7 eingeschaltet wird. Allein durch diese Maßnahme, d. h. durch das Zulassen einer höheren Warmlaufsolltemperatur Tsw wird somit ein verbesserter Warmlauf erreicht. Selbst wenn der Temperaturverlauf nach dem Zeitpunkt t4 dann dem Temperaturverlauf entsprechen würde, wie er in der Figur 2 zwischen den Zeiten tl bis t3 entspricht, wird trotzdem insgesamt eine bessere Anpassung der Motortemperatur an die gewünschte Solltemperatur Ts erreicht. Als zusätzliche Maßnahme wird jedoch auch noch vorgesehen, dass die Steuerung der Öffnung des Ventils und/oder der Pumpleistung berücksichtigt, dass im Kühler 5 und den Leitungen 3, 4 aufgrund des Warmlaufbetriebs .Kühlmittel enthalten ist, welches eine sehr geringe Temperatur hat. Aus diesem Grund , wird der Massendurchsatz durch das Kühlsystem begrenzt, indem die Öffnung des ^■ Ventils 6 und/oder die Pumpleistung der Pumpe an die Temperaturverhältnisse angepasst werden. Insbesondere wird das Ventil mit einer vorgegebenen Zeitkonstante langsam geöffnet bzw. die Leistung der Pumpe wird langsam erhöht. Es wird so der in der Figur 3 zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 gezeigte Temperaturverlauf erreicht, der im Vergleich zu dem Intervall tl und t2 nach der Figur 2 eine deutlich geringere Abkühlung aufweist. Es wird so eine deutlich langsamere Annäherung an die Solltemperatur t5 erreicht. Neben einem langsamen Öffnen des Ventils oder Steigerung der Pumpleistung kann dies auch erreicht werden, indem nach dem Zeitpunkt t4 eine Übergangssolltemperatur vorgegeben wird, die sich mit einer vorgegebenen zeitlichen Abhängigkeit von der Warmlaufsolltemperatur hin zur Solltemperatur verändert. I

Wie man durch den Vergleich der Figuren 2 und 3 sofort erkennt, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren, wie es in der Figur 3 dargestellt wird, erreicht, dass die Temperatur im Motorblock 1 bei einem Warmlauf der Brennkraftmaschine nach dem erstmaligen Erreichen der gewünschten Solltemperatur des Kühlsystems nicht so stark einbricht. Es wird somit der Warmlauf der Brennkraftmaschine verbessert, indem die Regelgüte, d. h. die Annäherung an die Solltemperatur im Motorblock 1 über den Zeitverlauf besser erreicht wird. Die dabei auftretende kurzzeitige Überschreitung der Solltemperatur ist unkritisch, da aufgrund des sehr kühlen Kühlmittels im Kühler 5 in dieser Phase eine erhöhte Kühlleistung zur Verfügung steht und somit ein Überschreiten der Warmlaufsolltemperatur Tsw in einen Bereich, der schädlich für den Motor wäre, sicher verhindert werden kann. Aufgrund dieses erhöhten Kühlvermögens kann während der Warmlaufphase der Sicherheitsabstand der Warmlaufsolltemperatur von einer eventuell schädlichen Motortemperatur deutlich verringert sein.

In der Figur 4 wird das erfindungsgemäße Verfahren noch einmal anhand eines Verfahrensablaufes schematisch dargestellt. Im Block 100 wird das Verfahren zur Steuerung des Kühlkreislaufs mit dem Start der Brennkraftmaschine gestartet. Darauf folgt der Abfrageblock 101, indem die Motortemperatur eingelesen wird und entschieden wird, ob es sich um einen Kaltstart handelt. Dies kann einfacher Weise dadurch erfolgen, dass abgefragt wird, ob die Motortemperatur kleiner als 30°C ist. Wenn dies nicht der Fall ist, d. h. es liegt kein Kaltstart vor, so folgt auf den Schritt 101 der Schritt 102. Wenn im Schritt 101 festgestellt wird, dass ein Kaltstart vorliegt (y), so folgt auf den Schritt 101 der Schritt 103. Im Schritt 103 wird das Ventil 6 geschlossen, die Pumpe 7 ausgeschaltet und die Regeltemperatur, d. h. die Temperatur, bei der Ventil und Pumpe aktiviert werden, wird auf den Wert der Warmlaufsolltemperatur gesetzt. Auf den Schritt 103 folgt der Schritt 104, bei dem abgefragt wird, ob die Temperatur des Motorblocks 1 die Warmlauftemperatur übersteigt. Wenn dies nicht der Fall ist (n), so folgt auf den Schritt 104 wieder der Schritt 103. Wenn jedoch die Abfrage 104 ergibt, dass die Temperatur des Motorblocks 1 die Warmlauftemperatur überschreitet, so folgt auf den Schritt 104 der Schritt 105. Bei diesem Schritt erfolgt die Aktivierung des Kühlkreislaufes, wobei die Öffnung des Ventils und die Leistung der Pumpe in Abhängigkeit von der Zeit beeinflusst werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass nicht sofort der komplette Volumenstrom durch den Kühlkreislauf zugelassen wird, sondern zunächst nur ein reduzierter Volumenstrom, so dass es nicht zu ,der starken sofortigen Abkühlung kommt, wie bei herkömmlichen Systemen. Diese Zeitfunktion trägt dem Umstand Rechnung, dass das Kühlmittel im Kühler 5 noch eine sehr geringe Temperatur aufweist. Weiterhin wird die Regeltemperatur auf den Wert einer Überg'angsolltemperatur gesetzt, der einen Wert zwischen der Warmlaufsolltemperatur und der Solltemperatur aufweist. Diese beiden Maßnahmen können gegebenenfalls auch einzeln angewendet werden, da beide Maßnahmen geeignet sind, ein zu schnelles Absinken der Temperatur in dieser Warmlaufphase zu begrenzen. Bevorzugt werden jedoch beide Maßnahmen gleichzeitig eingesetzt, da sich so die Annäherung an die Solltemperatur besonders exakt einstellen lässt. Auf den Schritt 105 folgt dann der Schritt 106, in dem überprüft wird, ob die Temperatur des Motorblocks 1 die Solltemperatur erreicht hat. Wenn dies noch nicht der Fall ist (n), so folgt auf den Schritt 106 wieder der Schritt 105. Wenn dies jedoch der Fall ist, d. h. wenn die Temperatur des Motorblocks 1 die Solltemperatur erreicht hat, so folgt auf den Schritt 106 der Schritt 102. Im Schritt 102 erfolgt dann die normale Betriebsregelung des Kühlkreislaufs, d. h. als Regeltemperatur wird die Solltemperatur verwendet und das Ventil 6 und die Pumpe 7 werden mit den üblichen für den Normalbetrieb ausgelegten Daten angesteuert. Diese normale Regelung kann dann auch für unterschiedliche Betriebzustände unterschiedliche Solltemperaturen bzw. unterschiedliche Charakteristika für die Ansteuerung von Ventil 6 oder Pumpe 7 vorsehen.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Steuerung des Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine, wobei der Kühlkreislauf eine vorgegebene Solltemperatur (Ts) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Warmlauf der Brennkraftmaschine zeitweise eine Warmlaufsolltemperatur (Tsw) vorgesehen ist, die höher ist als die Solltemperatur (Ts).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmlaufsolltemperatur (Tsw) zwischen der Solltemperatur (Ts) und einem Siedepunkt eines Kühlmittels in dem Kühlkreislauf (3, 4, 5) gewählt ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmlauf erkannt wird, indem nach dem Start der Brennkraftmaschine die Temperatur der Brennkraftmaschine unter einem vorgegebenen Wert liegt. I

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen der Warmlaufsolltemperatur (Tsw) ein Drosselventil (6) und eine Pumpe (7) des Kühlkreislaufs (3, 4, 5) aktiviert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aktivierung die Öffnung des Ventils (6) und/oder die Pumpleistung der Pumpe (7) mit einer vorgegebenen Zeitabhängigkeit erhöht werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen der Warmlaufsolltemperatur (Tsw) für den Kühlkreislauf eine Übergangssolltemperatur vorgegeben wird, die sich mit einer vorgegebenen zeitlichen Abhängigkeit von der Warmlaufsolltemperatur (Tsw) zur Solltemperatur (Ts) hin verändert.

7. Vorrichtung zur Steuerung des Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine, die einen Kühlkreislauf (3, 4, 5) der Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Solltemperatur (Ts) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass für den Warmlauf zeitweise eine Warmlaufsolltemperatur (Tsw) verwendet wird, die höher ist als die Solltemperatur (Ts).