WO2009065474A1 - Verfahren zum erwärmen eines fluids in einem kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2009065474A1
WO2009065474A1 PCT/EP2008/008841 EP2008008841W WO2009065474A1 WO 2009065474 A1 WO2009065474 A1 WO 2009065474A1 EP 2008008841 W EP2008008841 W EP 2008008841W WO 2009065474 A1 WO2009065474 A1 WO 2009065474A1
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WO
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motor vehicle
internal combustion
combustion engine
fluid
heating
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PCT/EP2008/008841
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Bock
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/02—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • F01M5/021—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating by heating

Definitions

  • the invention relates to a method for heating a fluid in a motor vehicle, in which a charge state of an accumulator for electrical energy is determined before a start of an internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the electrodynamic drive device in this case comprises an internal combustion engine, an electric machine which can be operated both as a motor and as a generator, an electrical energy store and a control and regulating device.
  • a state of charge of the electrical energy storage is monitored, and upon reaching a fixed state of charge, an electrical connection between the energy storage and the electric machine is switched so that an excess of electrical energy of the electric machine can be supplied.
  • a method for improving the cold start behavior of internal combustion engines is known, in which an engine oil or a battery of the internal combustion engine is heated before a cold start operation. The heat energy required for this is provided either from a heat storage, was previously fed into the waste heat of the internal combustion engine, or generated by means of an oil heater.
  • the object of the present invention is to provide a particularly energy-efficient method for improving a cold start behavior of a motor vehicle.
  • an energy component which is available for heating the fluid is determined in a subsequent step from the state of charge of the accumulator.
  • the fluid is heated via a heating element with a maximum of this energy component.
  • fuels of any components of the motor vehicle are provided as fluids which have a temperature-dependent viscosity, for example an engine oil, a gear oil or an axle lubricant. Due to the heated fluid, a cold start behavior of the motor vehicle is improved because the fluid is transported faster to its application sites due to the reduced viscosity. The energy required to heat the fluid is taken from the electrical storage.
  • a temperature of the fluid is determined before the start of the internal combustion engine.
  • a measured variable is provided with which an energy requirement for heating the fluid to a predeterminable starting temperature can be estimated and / or calculated.
  • the internal combustion engine is started when a temperature of the fluid has exceeded a predefinable limit value. In this way, a particularly gentle commissioning of the motor vehicle is guaranteed.
  • a duration and / or a power of the heating process are determined as a function of a determined state of charge of the memory and / or of a determined temperature of the fluid.
  • This embodiment is characterized by an optimal use of energy.
  • the duration and / or the power of the heating process can also be so dimensioned that the fluid is heated with a lower than the maximum available energy portion, that is, after the heating still excess energy is stored in the memory.
  • the memory is charged when the internal combustion engine is operated in a predefinable operating range.
  • the energy store is preferably then charged when the internal combustion engine in an operating range with high efficiency is operated. The electrical energy is thus supplied to the energy store at least largely optimal operating conditions of the internal combustion engine.
  • the energy store is charged by recovery of braking energy.
  • the recovery of braking energy is also known by the term recuperation. This makes it possible to achieve a further improvement in efficiency.
  • the motor vehicle and / or an environment of the motor vehicle is monitored by means of a sensor device.
  • the fluid is heated via the heating element.
  • the fluid is heated, in particular, when activities are detected which indicate an imminent start of the internal combustion engine. This makes it possible for a time, which is still required by the driver for preparing the trip, to be used for heating the fluid and thus for improving the starting behavior.
  • the sensor device is coupled to a locking system of the motor vehicle, wherein after opening the locking system, the fluid is heated via the heating element.
  • the opening of the locking system is an indication of an early start of the internal combustion engine. The time between the opening of the locking system and the start of the internal combustion engine can be used in this embodiment for heating the fluid.
  • a heating power of the heating element after activation of the heating element, a heating power of the heating element ment again reduced when the internal combustion engine is after a predetermined period of time and / or when a locking system of the motor vehicle is closed. From these indicators it is concluded that the motor vehicle or the internal combustion engine should not be transferred into a driving operation, so that a further heating of the fluid can be dispensed with.
  • Fig.l an internal combustion engine and an electrical
  • FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 an internal combustion engine 1 and an electrical system of a motor vehicle are shown, which are suitable together for carrying out the inventive method.
  • Internal combustion engine 1 includes a fluid circuit in the form of a lubricating oil circuit not shown in detail in FIG. 1.
  • the lubricating oil is primarily used to reduce friction between moving parts of the internal combustion engine.
  • the lubricating oil is also for Heating and / or cooling of the internal combustion engine 1 used by appropriately tempered lubricating oil is passed through the engine.
  • An oil pan 2 is preferably arranged at the lowest point of the internal combustion engine 1.
  • a stock of the lubricating oil is stored.
  • the lubricating oil is conveyed out of the oil pan 2 and through the lubricating oil circuit during operation of the internal combustion engine.
  • the electrical system includes a memory for electrical energy in the form of a battery 5, a control unit 7 for controlling and / or regulating an electric current and an electric heating element 3.
  • the heating element 3 is connected via first electrical lines 4 to the control unit 7, and Control unit is coupled via second electrical lines 6 to the battery 5. As a result, a heating power of the heating element 3 can be adjusted with the aid of the control device 7.
  • the heating element 3 is arranged inside the oil pan 2, so that the lubricating oil can be heated by means of the heating element.
  • the heating element 3 is preferably designed as an electric heating coil, heating plate or heating coil. In modified embodiments, other heating systems are conceivable.
  • a sensor device 8 allows monitoring of the motor vehicle and / or its surroundings. In particular, it is possible with the aid of the sensor device 8 to ascertain activities which suggest an imminent startup of the motor vehicle, for example an approach of a person to the motor vehicle, an opening of a locking system of the vehicle Motor vehicle by key or by remote control, a general remote control signal by the vehicle user, a load on a seat, an operation of a transmission clutch, a gear selection or a release of a parking brake of the motor vehicle.
  • the sensor device 8 is connected via a third line 9 to the control unit 7, so that signals from the sensor device 8 can be transmitted to the control unit 7.
  • a start request of a vehicle user is determined with the aid of the sensor device 8, which the latter expresses, for example, by turning an ignition key in the ignition lock or by actuating a starter button of the motor vehicle.
  • an engine temperature TM is subsequently determined by measuring a temperature of the lubricating oil preferably in the oil sump or at another point of the lubricating oil circuit.
  • an engine temperature can also be determined by measuring a body temperature of the internal combustion engine, for example by appropriately placed thermal sensors on an engine block or on a cylinder head.
  • the engine temperature is defined as the temperature of a coolant of the internal combustion engine.
  • the engine temperature TM is compared with a predetermined start temperature TStart.
  • the starting temperature TStart may in turn be dependent on operating variables of the internal combustion engine and / or the prevailing environmental conditions. For example, at high outside temperatures, a higher value for TStart be set as at low outdoor temperatures.
  • Corresponding values for TStart are preferably stored as a map in the control unit 7. In this embodiment, the starting temperature TStart is between 60 0 C and 100 0 C.
  • the measured engine temperature TM is greater than the predetermined starting temperature TStart, then no heating is required, and a start of the internal combustion engine is initiated immediately in a subsequent step S9.
  • a heating process is subsequently initiated.
  • a charge state of the battery 5 is initially determined in a step S4, in this embodiment by measuring a voltage level UBatt.
  • a so-called excess component Ud is determined, that is to say an amount of energy stored in the battery 5 which is available at the maximum for heating the fluid.
  • the excess proportion is calculated from the measured state of charge UBatt and from a minimum charge proportion required for at least one start and / or for reliable operation of the internal combustion engine.
  • the minimum charge proportion is defined in this embodiment as a minimum voltage Umin the battery, in which a safe start and operation of the internal combustion engine is guaranteed.
  • the specified minimum voltage Umin can also be dependent on an operating state of the internal combustion engine and / or the prevailing environmental conditions and is preferably stored in the control unit 7 as a map.
  • the excess component is defined as the voltage difference Ud between the measured voltage level UBatt of the battery and the minimum voltage Umin.
  • a subsequent step S6 the voltage difference Ud is evaluated. If a negative value for the voltage difference Ud results from the preceding step S5, then sufficient energy is available for heating, and the stored energy of the battery is primarily required for starting the internal combustion engine. The starting process is therefore initiated immediately in a subsequent step S9. If, in contrast, a positive value for the voltage difference Ud is determined in the preceding step S5, the battery 5 is sufficiently charged and the heating process is initiated by connecting the heating element 3 to the battery via the control unit 7.
  • a voltage value not equal to zero can also be defined in step S6 If the voltage difference Ud exceeds the voltage value, the heating process is initiated.
  • step S8 the engine temperature TM is monitored continuously or in incremental steps. As long as the engine temperature TM is lower than the predetermined start temperature TStart, a loop is passed through the steps S4, S5, S6, S7 and S8. In this way, the heating process is continued until the available amount of energy of the battery is sufficient only to start the internal combustion engine (step S6) or until the start temperature TStart is reached (step S8). Subsequently, the internal combustion engine is started in a subsequent step S9.
  • Step S02 initially determines an operating state of the internal combustion engine, which may be defined for example by a rotational speed, a temperature, a torque or by a combination of the aforementioned variables.
  • the determined operating state is compared with preset limit values.
  • the battery 5 is charged in a subsequent step S12 when the measured operating condition is within an operating range predetermined by the thresholds.
  • the limit values are preferably chosen so that the battery is then recharged when the internal combustion engine is operated in a region with the highest possible efficiency.
  • the battery is additionally or alternatively charged when the motor vehicle is operated in overrun mode.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a second method according to the invention. Process steps that are common to both methods are denoted by the same reference numerals.
  • the method according to FIG. 3 differs from the method according to FIG. 2 in that initially the motor vehicle and / or its surroundings are monitored by the sensor device 8 in a step S20.
  • the actual method for heating the internal combustion engine is therefore only started when an activity is detected by the sensor device 8, which suggests an early commissioning of the vehicle or an early start of the internal combustion engine. Examples of such activities are the opening of a door, a signal transmitted by the vehicle user or another person by radio control, a load on a seat, a buckling of the vehicle user, an operation of a pedal, a gear change or a Engaging a gear, releasing a parking brake, turning on a lighting, plugging a key into a key switch or an approach of a person to the motor vehicle.
  • such an activity can also consist of a vehicle user determining a start of the method by means of a timer.
  • step S20 After an indication for an early startup has been determined in step S20, the actual method for heating the internal combustion engine in steps S2 to S8 is carried out largely analogously to the first embodiment.
  • step S8 If the internal combustion engine has reached an engine temperature TStart (step S8) or if the stored energy of the battery is no longer sufficient for further heating (step S6), it is checked in a subsequent step S23 whether there is a direct indication for a start request of the vehicle user , Such an indication can be given for example by turning an ignition key or by pressing a Startknöpfs. If a start request of the vehicle user is detected, the starting procedure is initiated in step 9.
  • step S24 If an indication for a start request of the vehicle user is missing, it is checked in step S24 whether there is an indication for a start abort. This case generally occurs when a person is in or around the motor vehicle, but does not want to drive away with the vehicle. An indication for a departure is accordingly given, for example, that the motor vehicle is closed again after a period no person is detected on a vehicle seat or one Ignition has not been activated after a defined period of time. If such an indication, the motor vehicle is not started, and the internal combustion engine is no longer preheated.
  • the indication factors for a start abort are preferably also checked in a step 21 during the heating process, since it may be useful in this embodiment to abort the starting process during the heating phase.
  • the inventive method for heating a fluid in a motor vehicle has been described with reference to a lubricating oil circuit.
  • the method can be readily transferred to fluids of other components of a motor vehicle, in particular to fluids which have a temperature-dependent influence of friction, for example a gear oil or axle oil.
  • control unit 7 can be set in particular a heating start and a heating end. Under certain operating conditions, for example during a warm start, it may also be useful not to switch on the heating element 3 in order to save energy in this way. In a modified embodiment, a heating current and thus a heating power of the heating element 3 can be adjusted via the control unit 7.
  • the method according to the invention is characterized in that "surplus" energy of the battery is used for heating a fluid and thus for minimizing friction losses.
  • the battery is preferably recharged when the internal combustion engine is operated in an operating range with the highest possible efficiency or Alternatively, the battery can be charged by an intelligent generator connection even when the motor vehicle is operated in overrun mode.
  • the energy is preferably charged when the internal combustion engine has reached at least approximately its operating temperature. By preheating an energy requirement for the start of the internal combustion engine is minimized, so that overall result in a favorable energy balance and reduced fuel consumption.
  • the proposed method is particularly suitable for a hybrid vehicle, since there are usually high-capacity electrical storage available.
  • an internal combustion engine of a hybrid vehicle is only operated briefly after a cold start, resulting in a comparatively long warm-up time of the internal combustion engine without further measures.
  • the electric storage can be easily loaded in such vehicles via a recuperation of the braking energy during braking, whereby the efficiency is further improved.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen eines Fluids in einem Kraftfahrzeug, bei dem vor einem Start einer Brennkraftmaschine (1) des Kraftfahrzeugs ein Ladungszustand eines Speichers (5) für elektrische Energie ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird in einem nachfolgenden Schritt (S4, S5, S6) aus dem Ladungszustand des Speichers (5) ein Energieanteil ermittelt, welcher für eine Erwärmung des Fluids zur Verfügung steht. In einem weiteren nachfolgenden Schritt (S7) wird das Fluid über ein elektrisches Heizelement (3) mit maximal diesem Energieanteil erwärmt.

Description

Verfahren zum Erwärmen eines Fluids in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen eines Fluids in einem Kraftfahrzeug, bei dem vor einem Start einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs ein Ladungszustand eines Speichers für elektrische Energie ermittelt wird.
Aus der DE 103 32 497 Al ist ein Verfahren zur Verkürzung einer Warmlaufphase eines Kraftfahrzeuges bekannt. Verschiedene Ölkreisläufe einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs werden mittels elektrischer Heizelemente beheizt, wobei die zum Heizen benötige elektrische Energie einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs entnommen wird. Die elektrische Energie wird dabei nur einer vollen oder „übervollen" Batterie entnommen.
Aus der DE 102 26 308 Al ist ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer elektrodynamischen Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die elektrodynamische Antriebsvorrichtung umfasst dabei eine Verbrennungskraftmaschine, eine sowohl als Motor als auch als Generator betreibbare Elektro- maschine, einen elektrischen Energiespeicher und eine Steuer- und Regelvorrichtung. Bei dem Verfahren wird ein Ladezustand des elektrischen Energiespeichers überwacht, und bei Erreichen eines festgelegten Ladezustands wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Energiespeicher und der Elektromaschine geschaltet, so dass eine überschüssige elektrische Energie der Elektromaschine zuführbar ist. Aus der DE 44 02 215 Al ist ein Verfahren zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens von Verbrennungsmaschinen bekannt, bei dem ein Motoröl oder eine Batterie der Verbrennungskraftmaschine vor einem Kaltstartvorgang erwärmt wird. Die dazu erforderliche Wärmeenergie wird entweder aus einem Wärmespeicher bereitgestellt, in den vorher Abwärme der Verbrennungsmaschine eingespeist wurde, oder mittels einer Ölheizung erzeugt .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders energieeffizientes Verfahren zur Verbesserung eines Kaltstartverhaltens eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird in einem nachfolgenden Schritt aus dem Ladungszustand des Speichers ein Energieanteil ermittelt, welcher für eine Erwärmung des Fluids zur Verfügung steht. In einem weiteren nachfolgenden Schritt wird das Fluid über ein Heizelement mit maximal diesem Energieanteil erwärmt. Als Fluide sind insbesondere Betriebsstoffe beliebiger Baugruppen des Kraftfahrzeugs vorgesehen, die eine temperaturabhängige Viskosität aufweisen, beispielsweise ein Motoröl, ein Getriebeöl oder ein Achsschmierstoff. Durch das erwärmte Fluid ist ein Kaltstartverhalten des Kraftfahrzeugs verbessert, da das Fluid aufgrund der verringerten Viskosität schneller zu seinen Einsatzstellen befördert wird. Die zum Erwärmen des Fluids erforderliche Energie wird dem elektrischen Speicher entnommen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei sichergestellt, dass in dem Speicher genügend Energie für einen zuverlässigen Betrieb des Kraftfahrzeugs verbleibt. Insbesondere sollte in dem Speicher genügend Energie für einen zuverlässigen Start der Brennkraftmaschine gespeichert sein. Auf diese Weise ist die im Speicher gespei- cherte Gesamtenergie optimal nutzbar. Unter bestimmten Startbedingungen, beispielsweise bei höheren Außentemperaturen, kann es dabei vorteilhaft sein, das Fluid nur mit einem geringeren als dem maximal zur Verfügung stehendem Energieanteil zu erwärmen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird vor dem Start der Brennkraftmaschine eine Temperatur des Fluids ermittelt. Dadurch ist eine Messgröße bereitgestellt, mit der sich ein Energiebedarf zur Erwärmung des Fluids auf eine vorgebbare Starttemperatur abschätzen und/oder berechnen lässt.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Brennkraftmaschine gestartet, wenn eine Temperatur des Fluids einen vorgebbaren Grenzwert überschritten hat . Auf diese Weise ist eine besonders schonende Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs gewährleistet.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden in Abhängigkeit von einem ermittelten Ladezustand des Speichers und/oder von einer ermittelten Temperatur des Fluids eine Dauer und/oder eine Leistung des Heizvorgangs festgelegt. Diese Ausgestaltungsform zeichnet sich durch einen optimalen Energieeinsatz aus. Die Dauer und/oder die Leistung des Heizvorgangs kann dabei auch so bemessen sein, dass das Fluid mit einem geringeren als dem maximal zur Verfügung stehendem Energieanteil erwärmt wird, das heißt dass nach der Erwärmung noch überschüssige Energie im Speicher gespeichert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Speicher geladen, wenn die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Betriebsbereich betrieben wird. Der Energiespeicher wird dabei bevorzugt dann geladen, wenn die Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad betrieben wird. Die elektrische Energie wird somit dem Energiespeicher bei zumindest weitgehend optimalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wieder zugeführt.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Energiespeicher durch Rückgewinnung von Bremsenergie geladen. Die Rückgewinnung von Bremsenergie ist auch unter dem Begriff Rekuperation bekannt. Dadurch lässt sich eine weitere Wirkungsgradverbesserung erzielen.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Kraftfahrzeug und/oder eine Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels einer Sensoreinrichtung überwacht. Nach einer Detek- tion einer Aktivität im Kraftfahrzeug und/oder im Umfeld des Kraftfahrzeugs wird das Fluid über das Heizelement erwärmt. Das Fluid wird insbesondere dann erwärmt, wenn Aktivitäten detektiert werden, die auf einen baldigen Start der Brennkraftmaschine schließen lassen. Dadurch ist es möglich, dass eine Zeit, die vom Fahrer noch zur Fahrtvorbereitung benötigt wird, bereits zur Erwärmung des Fluids und damit zu einer Verbesserung des Startverhaltens genutzt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Sensoreinrichtung mit einer Schließanlage des Kraftfahrzeugs gekoppelt, wobei nach einem Öffnen der Schließanlage das Fluid über das Heizelement erwärmt wird. Das Öffnen der Schließanlage stellt dabei einen Hinweis auf einen baldigen Start der Brennkraftmaschine dar. Die Zeit zwischen dem Öffnen der Schließanlage und dem Start der Brennkraftmaschine lässt sich bei dieser Ausgestaltungsform zur Erwärmung des Fluids nutzen.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird nach Aktivierung des Heizelements eine Heizleistung des Heizele- ments wieder reduziert, wenn die Brennkraftmaschine nach einer vorgebbaren Zeitspanne steht und/oder wenn eine Schließanlage des Kraftfahrzeugs geschlossen wird. Aus diesen Indikatoren wird geschlossen, dass das Kraftfahrzeug beziehungsweise die Brennkraftmaschine nicht in einen Fahrbetrieb überfuhrt werden soll, so dass auf eine weitere Erwärmung des Fluids verzichtet werden kann.
Vorteilhafte Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen
Fig.l: eine Brennkraftmaschine und ein elektrisches
Bordnetz eines Kraftfahrzeugs; Fig. 2: ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 3: ein Flussdiagramm exner Ausgestaltungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens.
In Fig. 1 sind eine Brennkraftmaschine 1 und ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs dargestellt, die zusammen zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens geeignet sind.
Die Brennkraftmaschine 1 beinhaltet einen Fluidkreislauf in Form eines in Fig. 1 nicht naher dargestellten Schmierol- kreislaufs. Das Schmieröl dient vorrangig zur Verminderung einer Reibung zwischen beweglichen Teilen der Brennkraftmaschine. Darüber hinaus ist das Schmieröl jedoch auch zur Erwärmung und/oder Kühlung der Brennkraftmaschine 1 einsetzbar, indem entsprechend temperiertes Schmieröl durch die Brennkraftmaschine geleitet wird.
Eine Ölwanne 2 ist bevorzugt am tiefsten Punkt der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. In der Ölwanne ist ein Sammelvorrat des Schmieröls gespeichert. Mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Fördereinheit wird das Schmieröl während eines Betriebs der Brennkraftmaschine aus der Ölwanne 2 heraus und durch den Schmierölkreislauf gefördert.
Das elektrische Bordnetz beinhaltet einen Speicher für elektrische Energie in Form einer Batterie 5, ein Steuergerät 7 zur Steuerung und/oder Regelung eines elektrischen Stroms und ein elektrisches Heizelement 3. Das Heizelement 3 ist über erste elektrische Leitungen 4 mit dem Steuergerät 7 verbunden, und das Steuergerät ist über zweite elektrische Leitungen 6 mit der Batterie 5 gekoppelt. Dadurch lässt sich mit Hilfe des Steuergeräts 7 eine Heizleistung des Heizelements 3 einstellen.
Das Heizelement 3 ist innerhalb der Ölwanne 2 angeordnet, so dass das Schmieröl mit Hilfe des Heizelements erwärmt werden kann. Das Heizelement 3 ist bevorzugt als elektrische Heizschlange, Heizplatte oder Heizwendel ausgeführt. In modifizierten Ausführungsbeispielen sind auch andere Heizsysteme vorstellbar.
Eine Sensoreinrichtung 8 ermöglicht eine Überwachung des Kraftfahrzeugs und/oder seiner Umgebung. Insbesondere lassen sich mit Hilfe der Sensoreinrichtung 8 Aktivitäten feststellen, die auf eine baldige Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs schließen lassen, beispielsweise eine Annäherung einer Person an das Kraftfahrzeug, ein Öffnen einer Schließanlage des Kraftfahrzeugs per Schlüssel oder per Fernbedienung, ein allgemeines Fernbedienungssignal durch den Fahrzeugnutzer, eine Last auf einem Sitz, eine Betätigung einer Getriebekupplung, eine Gangwahl oder ein Lösen einer Feststellbremse des Kraftfahrzeugs. Die Sensoreinrichtung 8 ist über eine dritte Leitung 9 mit dem Steuergerät 7 verbunden, so dass Signale von der Sensoreinrichtung 8 an das Steuergerät 7 übermittelbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Fig. 2 näher beschrieben.
In einem ersten Schritt Sl wird mit Hilfe der Sensoreinrichtung 8 ein Startwunsch eines Fahrzeugnutzers festgestellt, den dieser äußert, indem er beispielsweise einen Zündschlüssel im Zündschloss dreht oder einen Starterknopf des Kraftfahrzeugs betätigt. In einem nachfolgenden Schritt S2 wird anschließend eine Motortemperatur TM ermittelt, indem eine Temperatur des Schmieröls bevorzugt in der Ölwanne oder an einer anderen Stelle des Schmierölkreislaufs gemessen wird. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann eine Motortemperatur aber auch durch eine Messung einer Körpertemperatur der Brennkraftmaschine ermittelt werden, zum Beispiel durch entsprechend platzierte Thermosensoren an einem Motorblock oder an einem Zylinderkopf. In einem weiteren, modifizierten Ausführungsbeispiel ist die Motortemperatur als Temperatur eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine definiert.
In einem nachfolgenden Schritt S3 wird die Motortemperatur TM mit einer vorbestimmten Starttemperatur TStart verglichen. Die Starttemperatur TStart kann ihrerseits wieder von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder von den herrschenden Umweltbedingungen abhängig sein. So kann beispielsweise bei hohen Außentemperaturen ein höherer Wert für TStart festgelegt sein als bei niedrigen Außentemperaturen. Entsprechende Werte für TStart sind bevorzugt als Kennfeld im Steuergerät 7 abgelegt. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Starttemperatur TStart zwischen 600C und 1000C.
Ist die gemessene Motortemperatur TM größer als die vorgegebene Starttemperatur TStart, so ist kein Heizen erforderlich, und ein Start der Brennkraftmaschine wird in einem nachfolgenden Schritt S9 unmittelbar eingeleitet.
Ist die Motortemperatur TM jedoch niedriger als die Starttemperatur TStart, so wird nachfolgend ein Heizvorgang eingeleitet. Dazu wird zunächst in einem Schritt S4 ein Ladezustand der Batterie 5 ermittelt, in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Messung eines Spannungsniveaus UBatt.
In einem nachfolgenden Schritt S5 wird ein so genannter Überschussanteil Ud ermittelt, also eine in der Batterie 5 gespeicherte Energiemenge, die maximal zum Aufheizen des Fluids zur Verfügung steht. Der Überschussanteil wird aus dem gemessenen Ladezustand UBatt und aus einem mindestens für einen Start und/oder für einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlichen Mindestladeanteil berechnet. Der Mindestladeanteil ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine Mindestspannung Umin der Batterie definiert, bei der ein sicherer Start und Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Die festgelegte Mindestspannung Umin kann dabei ebenfalls von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder von den herrschenden Umweltbedingungen abhängig sein und ist bevorzugt im Steuergerät 7 als Kennfeld hinterlegt. Der Überschussanteil ist als Spannungsdifferenz Ud zwischen dem gemessenen Spannungsniveau UBatt der Batterie und der Mindestspannung Umin definiert. In einem nachfolgenden Schritt S6 wird die Spannungsdifferenz Ud bewertet. Ergibt sich aus dem vorangegangenen Schritt S5 ein negativer Wert für die Spannungsdifferenz Ud, so steht keine ausreichende Energie zum Heizen zur Verfügung, und die gespeicherte Energie der Batterie wird vorrangig zum Start der Brennkraftmaschine benötigt. Der Startvorgang wird daher unmittelbar in einem nachfolgenden Schritt S9 eingeleitet. Wird in dem vorangegangenen Schritt S5 hingegen ein positiver Wert für die Spannungsdifferenz Ud ermittelt, so ist die Batterie 5 ausreichend geladen, und der Heizvorgang wird eingeleitet, indem das Heizelement 3 über das Steuergerät 7 mit der Batterie verschaltet wird.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann in Schritt S6 anstelle einer Grenze „Null" auch ein Spannungswert ungleich Null definiert sein. Überschreitet die Spannungsdifferenz Ud den Spannungswert, wird der Heizvorgang eingeleitet. Bei einer Unterschreitung wird die Brennkraftmaschine ohne Heizen gestartet .
Während des Heizens wird fortlaufend oder in inkrementellen Schritte die Motortemperatur TM überwacht (Schritt S8) . Solange die Motortemperatur TM niedriger ist als die festgelegte Starttemperatur TStart, wird eine Schleife aus den Schritten S4, S5, S6, S7 und S8 durchlaufen. Auf diese Weise wird der Heizvorgang fortgesetzt, bis die zu Verfügung stehende Energiemenge der Batterie nur noch zum Start der Brennkraftmaschine ausreicht (Schritt S6) oder bis die Starttemperatur TStart erreicht ist (Schritt S8) . Anschließend wird die Brennkraftmaschine in einem nachfolgend Schritt S9 gestartet .
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird die Batterie in den Schritten SlO bis S12 wieder geladen. Dazu wird im Schritt SlO zunächst ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt, der beispielsweise durch eine Drehzahl, eine Temperatur, ein Drehmoment oder durch eine Kombination der genannten Größen definiert sein kann. In einem nachfolgenden Schritt Sil wird der ermittelte Betriebszustand mit vorab festgelegten Grenzwerten verglichen. Die Batterie 5 wird in einem nachfolgenden Schritt S12 geladen, wenn sich der gemessene Betriebszustand innerhalb eines durch die Grenzwerte vorgegebenen Betriebsbereichs befindet. Die Grenzwerte sind dabei bevorzugt so gewählt, dass die Batterie dann wieder geladen wird, wenn die Brennkraftmaschine in einem Bereich mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad betrieben wird. In einem modifizierten Verfahren wird die Batterie zusätzlich oder alternativ geladen, wenn das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb betrieben wird.
In Fig. 3 ist ein Flussdiagramm eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Verfahrensschritte, die beide Verfahren gemeinsam haben, sind dabei mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Das Verfahren gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem Verfahren gemäß Fig. 2 dadurch, dass zunächst das Kraftfahrzeug und/oder seine Umgebung in einem Schritt S20 mittels der Sensoreinrichtung 8 überwacht wird. Das eigentliche Verfahren zum Aufheizen der Brennkraftmaschine wird demnach erst gestartet, wenn von der Sensoreinrichtung 8 eine Aktivität festgestellt wird, die auf eine baldige Inbetriebnahme des Fahrzeugs beziehungsweise auf einen baldigen Start der Brennkraftmaschine schließen lässt. Beispiele für solche Aktivitäten sind das Öffnen einer Tür, ein vom Fahrzeugnutzer oder einer anderen Person per Funkbedienung übermitteltes Signal, eine Last auf einem Sitz, ein Anschnallen des Fahrzeugnutzers, eine Betätigung eines Pedals, ein Gangwechsel oder ein Einlegen eines Gangs, ein Lösen einer Feststellbremse, ein Einschalten einer Beleuchtung, ein Einstecken eines Schlüssels in ein Zündschloss oder auch eine Annäherung einer Person an das Kraftfahrzeug. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann eine solche Aktivität auch daraus bestehen, dass ein Fahrzeugnutzer einen Beginn des Verfahrens mittels einer Zeituhr festlegt.
Nachdem im Schritt S20 eine Indikation für eine baldige Inbetriebnahme festgestellt wurde, wird das eigentliche Verfahren zum Aufheizen der Brennkraftmaschine in den Schritte S2 bis S8 weitgehend analog zum ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
Wenn die Brennkraftmaschine eine Motortemperatur TStart erreicht hat (Schritt S8) beziehungsweise wenn die gespeicherte Energie der Batterie für ein weiteres Heizen nicht mehr ausreicht (Schritt S6) , wird in einem nachfolgenden Schritt S23 überprüft, ob eine direkte Indikation für einen Startwunsch des Fahrzeugnutzers gegeben ist. Eine solche Indikation kann beispielsweise durch das Drehen eines Zündschlüssels oder durch das Drücken eines Startknöpfs gegeben sein. Wird ein Startwunsch des Fahrzeugnutzers festgestellt, wird in Schritt 9 der Startvorgang eingeleitet.
Fehlt eine Indikation für einen Startwunsch des Fahrzeugnutzers, wird in Schritt S24 überprüft, ob eine Indikation für einen Startabbruch vorliegt. Dieser Fall tritt im Allgemeinen dann auf, wenn eine Person sich im oder im Umfeld des Kraftfahrzeugs aufhält, aber nicht mit dem Fahrzeug wegfahren möchte. Eine Indikation für einen Startabbruch ist dementsprechend beispielsweise dadurch gegeben, dass das Kraftfahrzeug wieder verschlossen wird, nach einer Zeitspanne keine Person auf einem Fahrzeugsitz festgestellt wird oder eine Zündung nach einer definierten Zeitspanne noch nicht betätigt wurde. Liegt eine solche Indikation vor, wird das Kraftfahrzeug nicht gestartet, und die Brennkraftmaschine wird auch nicht mehr vorgeheizt.
Die Indikationsfaktoren für einen Startabbruch werden bevorzugt in einem Schritt 21 auch während des Aufheizvorgangs überprüft, da es bei diesem Ausführungsbeispiel sinnvoll sein kann, den Startvorgang bereits während der Aufheizphase abzubrechen .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erwärmung eines Fluids in einem Kraftfahrzeug wurde anhand eines Schmierölkreislaufs beschrieben. Das Verfahren lässt sich jedoch ohne weiteres auch auf Fluide anderer Baugruppe eines Kraftfahrzeugs übertragen, insbesondere auf Fluide, die einen temperaturabhängigen Reibungseinfluss aufweisen, beispielsweise ein Getriebeöl oder ein Achsöl.
Mit Hilfe der Steuereinheit 7 lassen sich insbesondere ein Heizbeginn und ein Heizende einstellen. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, beispielsweise bei einem Warmstart, kann es dabei auch sinnvoll sein, das Heizelement 3 gar nicht erst einzuschalten, um auf diese Weise Energie zu sparen. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist über die Steuereinheit 7 auch ein Heizstrom und damit eine Heizleistung des Heizelements 3 einstellbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass „überschüssige" Energie der Batterie zum Aufheizen eines Fluids und damit zur Minimierung von Reibungsverlusten verwendet wird. Die Batterie wird bevorzugt dann wieder aufgeladen, wenn die Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich mit möglichst hohem Wirkungsgrad betrieben wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Batterie durch eine intelligente Generatorzuschaltung auch dann geladen werden, wenn das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb betrieben wird. Weiterhin wird die Energie bevorzugt dann aufgeladen, wenn die Brennkraftmaschine zumindest annähernd ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Durch die Vorwärmung wird ein Energiebedarf zum Start der Brennkraftmaschine minimiert, so dass sich insgesamt eine günstige Energiebilanz und ein verringerter Kraftstoffverbrauch ergeben.
Das vorgeschlagene Verfahren ist insbesondere geeignet für ein Hybridfahrzeug, da hier in der Regel elektrische Speicher hoher Kapazität zur Verfügung stehen. Abhängig von der gewählten Hybridstrategie wird ein Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs nach einem Kaltstart nur kurz betrieben, wodurch sich ohne weitere Maßnahmen eine vergleichsweise lange Anwärmzeit des Verbrennungsmotors ergibt. Darüber hinaus kann der elektrische Speicher bei solchen Fahrzeugen einfach über eine Rekuperation der Bremsenergie beim Bremsen geladen werden, wodurch der Wirkungsgrad weiter verbessert ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erwärmen eines Fluids in einem Kraftfahrzeug, bei dem vor einem Start einer Brennkraftmaschine (1) des Kraftfahrzeugs ein Ladungszustand eines Speichers (5) für elektrische Energie ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nachfolgenden Schritt (S4, S5, S6) aus dem Ladungszustand des Speichers (5) ein Energieanteil ermittelt wird, welcher für eine Erwärmung des Fluids zur Verfügung steht, und dass in einem weiteren nachfolgenden Schritt (S7) das Fluid über ein elektrisches Heizelement (3) mit maximal diesem Energieanteil erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Start der Brennkraftmaschine (1) eine Temperatur des Fluids und/oder der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) gestartet wird, sobald eine Temperatur des Fluids und/oder der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren Grenzwert überschritten hat .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem ermittelten Ladezustand des Speichers (5) und/oder von einer ermittelten Temperatur des Fluids eine Dauer und/oder eine Leistung des Heizvorgangs festgelegt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (5) geladen wird, wenn die Brennkraftmaschine (1) in einem vorgebbaren Betriebsbereich betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (5) durch Rückgewinnung von Bremsenergie geladen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug und/oder eine Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels einer Sensoreinrichtung (8) überwacht wird und dass nach einer Detektion einer Aktivität im Kraftfahrzeug und/oder im Umfeld des Kraftfahrzeugs das Fluid über das Heizelement (3) erwärmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (8) mit einer Schließanlage des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist und dass nach einem Öffnen der Schließanlage das Fluid über das Heizelement (3) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aktivierung des Heizelements (3) eine Heizleistung des Heizelements wieder reduziert wird, wenn die
Brennkraftmaschine (1) nach einer vorgebbaren Zeitspanne steht und/oder wenn eine Schließanlage des Kraftfahrzeugs geschlossen wird.
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