Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur
Temperaturregelung eines Motors, insbesondere eines
Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, nach der Gattung
des Hauptanspruchs.
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Die Notwendigkeit der Kühlung von Motoren, insbesondere von
Verbrennungsmotoren, ergibt sich aus der Tatsache, dass eine
übermäßige thermische Belastung des Motors zur
Beeinträchtigung seiner Funktionsweise oder auch zu
irreversiblen Beschädigungen des Motors führen kann. So
halten beispielsweise die von heißen Gasen berührten Flächen
und deren Schmierung im Zylinderinneren eines
Verbrennungsmotors den auftretenden Temperaturen nur in
gewissen Grenzen ohne Beschädigung stand. Einzelne Teile,
wie beispielsweise Zündkerzen, Einspritzdüsen, Abgasventile,
Vorkammern oder auch Kolbenböden müssen besonders hohen
Durchschnittstemperaturen standhalten. Derartige Teile
werden daher aus Werkstoffen hergestellt, die eine besonders
hohe Wärmefestigkeit beziehungsweise eine gute
Wärmeableitung aufweisen.
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Zur Wärmeableitung werden unter Anderem Kühlsysteme
eingesetzt, bei denen ein Kühlmittel, das die
Kühlwasserräume, welche beispielsweise Zylinderkopf und
Motorblock des Verbrennungsmotors umgeben, durchströmt. Die
vom Kühlmittel aufgenommene Wärmemenge wird anschließend
über einen Kühler zumindest teilweise an die Umgebung
abgegeben oder aber über einen im Kühlsystem vorgesehenen,
zusätzlichen Wärmetauscher für die Heizung, beispielsweise
des Fahrzeuginnenraumes, genutzt.
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Die Kühlmitteltemperatur kann dabei von einem
Temperatursensor gemessen werden, der im Kühlkreislauf
angeordnet ist und die aktuelle, vorliegende Temperatur des
Kühlwassers erfasst und beispielsweise an ein Steuergerät
weiterleitet. Diese Steuerung überwacht die Temperatur des
Kühlmittels und vergleicht diese mit einer zulässigen
Maximaltemperatur für das Kühlmittel beziehungsweise für den
vom Kühlmittel durchflossenen Motor, die im Betrieb nicht
überschritten werden darf.
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Aus der EP 0 442 489 A1 ist eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Kühlung eines Verbrennungsmotors bekannt, bei
dem ein erster Temperatursensor die Temperatur des
Kühlmittels ausgangs des Zylinderkopfes detektiert.
Desweiteren weist das Verfahren der EP 0 442 489 A1 einen
weiteren Temperatursensor auf, der direkt auf dem Motorblock
angebracht ist und der dazu dient, die Motoröltemperatur zu
bestimmen. Steigt die Motoröltemperatur über einen
festgesetzten Wert, so wird der Kühlmittelstrom, der den
Verbrennungsmotor durchströmt, in zwei unterschiedliche
Zweige aufgeteilt. Der erste Zweig des Kühlmittelstroms
durchströmt weiterhin den Zylinderkopf, wohingegen der
zweite verbleibende Teil des Kühlmittelstroms den
Zylinderblock durchströmt. Der Kühlmittelvolumenstrom durch
den Zylinderblock kann entsprechend der Motoröltemperatur im
Zylinderblock geregelt werden.
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Die EP 0 894 953 A1 offenbart ein Kühlsystem für den
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einer Vielzahl
von Sensoren, die eine entsprechende Anzahl von Parametern
des Motors im Betrieb messen. So weist das Kühlsystem der
EP 0 894 953 A1 insbesondere drei Temperatursensoren auf, die
zum Einen im Zylinderkopfkühlkreis, zum Anderen im
Motorblockkühlkreis und zuletzt am Auslass des
Zylinderkopfkühlkreises angebracht sind. Diese Sensoren
detektieren jeweils eine Temperatur des Motorgehäuses und
geben die entsprechenden Signale an eine zentrale,
elektronische Kontrolleinheit des Kühlkreislaufes weiter.
Die zentrale Kontrolleinheit des Kühlsystems steuert auf
Grundlage der unterschiedlichen Sensorsignale verschiedene,
im Kühlkreislauf befindliche Komponenten des Kühlsystems,
wie beispielsweise ein Kühlluftgebläse, eine Kühlmittelpumpe
oder ein Drossel- beziehungsweise Bypassventil.
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Nachteilig bei dem in der EP 0 894 953 A1 offenbarten
Kühlsystem für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges
ist die Tatsache, dass zur Bestimmung der Motortemperatur
eine Vielzahl von Sensoren, insbesondere Temperatursensoren,
eingesetzt werden müssen. Diese Sensoren sind aufgrund der
hohen mechanischen und auch thermischen Belastung im
Motorraum eines Kraftfahrzeuges sehr anfällig für
Fehlfunktionen oder einen Totalausfall ihrer Funktion.
Darüber hinaus bedeutet die Verwendung einer Vielzahl von
Sensoren einen nicht unerheblichen Kostenfaktor sowie die
deutliche Erhöhung der Komplexität des Kühlsystems
beziehungsweise seiner Regelung.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturregelung eines
Motors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
hat demgegenüber den Vorteil, dass die Anzahl der
verwendeten Sensoren im Kühlsystem auf ein Minimum reduziert
werden kann. In einfacher Weise lässt sich die
Motortemperatur beziehungsweise die Temperatur einzelner
Bauteile des Motors durch die Kühlmitteltemperatur und den
Volumenstrom des Kühlmittels, der durch den Motor
beziehungsweise einzelne Bauteile des Motors geleitet wird,
bestimmen. Auf diese Weise kann auf eine Vielzahl von
Detektoren verzichtet werden, andererseits jedoch ist
aufgrund der ständigen Diagnose der Motortemperatur
sichergestellt, dass die thermisch empfindlichen Teile des
Motors keinen Schaden nehmen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen des im Hauptanspruch beschriebenen Verfahrens
möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, den zur Bestimmung der
Bauteiltemperatur des Motors benötigten Wert für den
Volumenstrom des Kühlmittels aus dem von der Umwälzpumpe des
Kühlmittels benötigten elektrischen Strom zu bestimmen. Eine
elektrische Pumpe zur Umwälzung des Kühlmittels im
Kühlkreislauf wird im stationären Zustand bei konstanter
elektrischer Spannung U, konstantem elektrischen Strom I und
einer Drehzahl N der Pumpe einen konstanten Volumenstrom
fördern. Der Betriebspunkt der Pumpe, das heisst der
Druckaufbau Δp, sowie der Volumenstrom ΔV/Δt kann anhand der
bekannten Pumpenkennlinien und dem bekannten
Strömungswiderstand des Kühlkreislaufes aus der Kenntnis der
obigen Werte (U, I, N) bestimmt werden.
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So kann beispielsweise bei bekannter Ansteuerung (d. h.
konstanter elektrischer Spannung U über der Pumpe), falls
diese immer einen konstanten elektrischen Strom I "zieht",
aus der Drehzahl N der Pumpe auf die Last der Pumpe und
somit auf den durch die Pumpe geförderten Volumenstrom
geschlossen werden. In analoger Weise kann, wenn die Pumpe
eine konstante Drehzahl N hält, aus der Messung des von der
Pumpe benötigten elektrischen Stroms I auf die Last der
Pumpe und damit auf den Volumenstrom des Kühlmittels
geschlossen werden.
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Auf diese Weise kann durch die Kenntnis ohnehin vorliegender
Daten, wie der Pumpenkennlinien und dem von der Pumpe
benötigten Strom auf den geförderten Volumenstrom und somit
bei Kenntnis der Kühlmitteltemperatur auch auf die gesuchte
Motortemperatur geschlossen werden. In sehr vorteilhafter
Weise werden damit vorliegende Betriebsparameter des
Kühlsystems genutzt, um zusätzliche Informationen über
kritische Stellen des Kühlkreislaufes zu erhalten. Ein
erhöhter Aufwand aufgrund von zusätzlich eingesetzten
Sensoren zur Detektion der benötigten Daten ist bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht oder nur im
beschränkten Umfang notwendig.
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In vorteilhafter Weise ist in einem zum Kühlkreislauf
gehörigen Steuergerät ein numerisches Modell des
Kühlkreislaufes mit seinen einzelnen Komponenten,
insbesondere dem Motor beziehungsweise einem thermischen
Modell des Motors, der Schlauchführung mit den zugehörigen
Strömungswiderständen, der Stellung der Ventile, sowie
weiterer, den Kühlkreislauf beschreibender Parameter
abgelegt. Im Steuergerät liegt somit ein Modell
beziehungsweise eine Bedatung vor, die den Einfluss oder die
maximal zulässigen Abweichungen des Kühlmittelvolumenstroms
auf die Bauteiltemperatur modelliert. Durch den Vergleich
der aktuell vorliegenden Ist-Bauteiltemperatur mit den im
Steuergerät abgelegten Daten der zugehörigen Soll-
Bauteiltemperatur kann daher ein Korrektursignal
beziehungsweise eine Stellgröße generiert werden, die den
Kühlmittelvolumenstrom durch den Motor in gewünschter Weise
ändert, um die Ist-Kühlmitteltemperatur an die Soll-
Kühlmitteltemperatur anzupassen.
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In vorteilhafter Weise verwendet das erfindungsgemäße
Verfahren eine zweite Stellgröße beziehungsweise ein zweites
Korrektursignal, um sicherzustellen, dass die Kühlleistung
des Kühlkreislaufes in einem optimalen Bereich für den Motor
arbeitet. Dieses zweite Korrektursignal lässt sich direkt
aus der Kühlmitteltemperatur generieren. Dazu wird die
Kühlmitteltemperatur beispielsweise über einen
Temperatursensor erfasst und die zeitliche Änderung der
Temperatur des Kühlmittels mit einem im Steuergerät
abgelegten, zeitabhängigen Modell für die Entwicklung der
Kühlmitteltemperatur verglichen. Dieses im Steuergerät
abgelegte, zeitabhängige Modell für die Kühlmitteltemperatur
kann beispielsweise ein rechnerisches Modell der Entwicklung
der Kühlmitteltemperatur beim Kaltstart des Kraftfahrzeuges
sein oder andere typische Fahrsituationen nachbilden. Das
theoretische Modell gestattet es zu erkennen, ob die
Kühlmitteltemperatur des Kühlkreislaufes im "richten Maße"
ansteigt. Dazu kann beispielsweise eine optimale
Temperaturbandbreite für den Motor - in Abhängigkeit von der
jeweiligen Fahrsituation - im Steuergerät abgelegt sein. Bei
Vorliegen einer Abweichung der aktuellen Ist-
Kühlmitteltemperatur von der im Steuergerät für die
jeweilige Situation abgelegte Soll-Kühlmitteltemperatur,
beziehungsweise beim Abweichen der Ist-Kühlmitteltemperatur
aus der vorgegebenen Temperaturbandbreite wird dann ein
zweites Korrektursignal generiert. Die Steuerung
beziehungsweise Regelung des Kühlkreislaufs durch diese
zweite Stellgröße kann der entsprechenden Regelung des
Volumenstromes überlagert sein, so dass diese zweite
Regelung als zusätzliche Sicherungskontrolle für den
Kühlkreislauf genutzt werden kann.
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In vorteilhafter Weise kann die Fördermenge der Umwälzpumpe,
das heisst, insbesondere deren Drehzahl entsprechend den
generierten Korrektursignalen variiert werden. So ist es
möglich, den Kühlmittelvolumenstrom, und somit die
Motortemperatur, bedarfsgerecht zu variieren.
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Neben der Steuerung beziehungsweise Regelung der
Kühlmittelpumpe können auch die im Kühlkreislauf
angeordneten Ventile und weitere, dem Kühlkreislauf
zugeordnete Komponenten, wie beispielsweise ein
Kühlluftgebläse für den Kühler des Kühlkreislaufes
entsprechend der generierten Korrektursignale durch das
Steuergerät bedarfsgerecht geregelt werden, so dass zu jedem
Zeitpunkt, ein der vorliegenden Fahrsituation optimal
angepasster Kühlmittelvolumenstrom beziehungsweise eine
optimierte Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf vorliegt.
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Vorteilhaft gestattet das erfindungsgemäße Verfahren zudem,
dass das Steuergerät die Kühlleistung des Kühlkreislaufes
und insbesondere den Kühlmittelvolumenstrom durch den Motor
unter Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter des
Fahrzeuges regeln kann. Als Beispiel sei hier nur die
optimierte Schadstoffemission des Motors als Funktion der
dem Motor zugeführten Kühlleistung genannt. Ein
Schadstoffsensor kann dabei ein entsprechendes Signal an das
Steuergerät des Kühlkreislaufes weiterleiten, so dass das
Steuergerät eine optimierte Konfiguration für die aktiven
Stellelemente des Kühlkreislaufes zur Erzielung minimaler
Schadstoffemissionen aufgrund einer optimierten
Motortemperatur vornimmt. Im Steuergerät ist dazu in
analoger Weise zu oben beschriebenen Temperaturverhalten ein
Modell beziehungsweise eine Bedatung in Form eines
Kennfeldes oder einer Datenbank vorhanden, die den Einfluss
des Kühlmittelvolumenstroms auf die Schadstoffemission des
Fahrzeuges beschreibt.
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Abweichungen von den berechneten oder vorher im Steuergerät
abgelegten Werten der Motorparameter können durch das
Steuergerät nicht nur diagnostiziert sondern auch aktiv
korrigiert werden. Zusätzlich zur Einregelung der stellbaren
Kühlkreislaufkomponenten kann der Fahrzeugführer durch
entsprechende Wahnsignale über die Abweichungen im
Kühlsystem informiert werden. Die "Onboard Diagnose"
ermöglicht zudem das Erkennen von Fehlern oder Defekten im
Kühlsystem, wie beispielsweise blockierte Ventile,
gequetschte Verbindungsleitungen oder defekte Pumpen zu
detektieren.
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Das die aktiven Komponenten des Kühlkreislaufs regelnde
Steuergerät kann in vorteilhafter Weise ein Motorsteuergerät
sein.
Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in schematischer
Weise in den Zeichnungen dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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Fig. 1 einen Motorraum eines Fahrzeuges in vereinfachter
Darstellung, in dem sich ein Fahrzeugmotor mit einem
Kühlkreislauf für diesen Motor befindet,
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Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Temperaturregelung eines
Fahrzeugmotors nach einem Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die Beschreibung, die Figuren und die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese
Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren, sinnvollen
Kombinationen zusammenfassen.
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In Fig. 1 ist in vereinfachter, schematischer Darstellung
ein Motorraum 10 eines Fahrzeuges wiedergegeben, in dem sich
ein Verbrennungsmotor 12 sowie ein Kühlkreislauf 14 für
diesen Verbrennungsmotor 12 befindet. Die Abwärme des
Verbrennungsmotors 12 wird über den Kühlkreislauf 14, der
ein Kühlsystem bildet, vorzugsweise nach außen abgeführt.
Der Kühlkreislauf weist dazu einen Kühler 16 auf, der im
Kühlluftstrom 18 des bewegten Fahrzeuges angeordnet ist. Der
Kühlluftstrom 18, und damit indirekt auch die Kühlleistung
des Kühlsystems, kann über Luftklappen 20, die in der
Karosserie 22 des Fahrzeuges angebracht sind, gesteuert
werden. Die Kühlleistung des Kühlkreislauf ergibt sich aus
der vorliegenden Temperatur des Kühlmittels sowie dem im
Kühlsystem umgepumpten Kühlmittelvolumenstrom.
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Zur Verbesserung der Kühlleistung des Kühlsystems ist zudem
im Bereich des Kühlers 16 zumindest ein Lüfter 24
angeordnet, der aus einem Lüfterrad 26 und einem, dieses
Lüfterrad 26 antreibenden Elektromotor 28 besteht.
Alternativerweise können die Luftklappen 20 oder
zusätzliche, weitere Luftklappen auch zwischen dem Kühler 16
und dem Lüfter 24 angeordnet sein.
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Zur Umwälzung eines Kühlmittels 30 durch die
Verbindungsleitungen 32 des Kühlsystems, besitzt das
Kühlsystem eine elektrische Kühlmittelpumpe 34. Als
Kühlmittel wird vorzugsweise Wasser verwendet, dem für tiefe
Temperaturen ein entsprechender Kälteschutz beigemischt sein
kann.
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Das Kühlmittel 30 wird vom Kühler 16 kommend durch die
Kühlmittelpumpe 34 und eine Vorlaufleitung 35 dem Motor 12
zugeführt. Zur Bestimmung der Kühlmitteltemperatur befindet
sich im Bereich eines Kühlmitteleinlasses 36 des Motors 12
ein Temperatursensor 38 im Kühlkreislauf. Das Kühlmittel 30
durchströmt den Motor 12 auf in Fig. 1 nicht weiter
dargestellten Wegen, wobei es eine bestimmte Wärmemenge vom
Motor 12 aufnimmt, um anschließend diesen wiederum durch
einen Kühlmittelauslass 40 zu verlassen. Darüber hinaus
weist der Verbrennungsmotor 12 im Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 einen zweiten Kühlmittelauslass 50 auf, über den ein
Teil des erwärmten Kühlmittels einem Wärmetauscher,
beispielsweise für den Innenraum des Kraftfahrzeuges,
zugeführt werden kann.
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In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die
Verwendung einer Mehrzahl sowohl von Kühlmitteleinlässen als
auch von Kühlmittelauslässen möglich. Auch sind komplexeren
Kühlkreislaufarchitekturen, als das im Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 dargestellte Kühlsystem mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren vereinbar. Zur Beschreibung des
Verfahrens ist in Fig. 1 nur ein sehr vereinfachter,
schematischer Kühlkreislauf dargestellt, der jedoch keine
Beschränkung für die mögliche Kühlkreislaufarchitektur
darstellen soll.
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Im Bereich des Kühlmittelauslasses 40 des Motors 12 befindet
sich ein weiterer, zweiter Temperatursensor 42, der die
Temperatur des Kühlmittels 30 nach dem Austritt aus dem
Motor 12 detektiert. Das Kühlmittel 30 gelangt über eine
Rücklaufleitung 44 zurück zum Kühler 16 des Kühlkreislaufes.
In der Rücklaufleitung 44 ist ein Ventil 46 vorgesehen, das
es dem Kühlmittel ermöglicht, über eine Bypassleitung 48 den
Kühler 16 zu umgehen. So ist es beispielsweise bei einem
Kaltstart des Fahrzeuges möglich, das erwärmte Kühlmittel 30
nach Austritt aus dem Motor 12 diesem sofort wieder
zuzuführen, ohne dass die Temperatur des Kühlmittels
wesentlich abgesenkt wird. Auf diese Weise ist eine
schnellere Erwärmung des Motors erreichbar, die zu einer
deutlichen Schadstoffreduzierung während der Startphase des
Kraftfahrzeuges führt.
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Die aktiven Komponenten des Kühlsystems, wie beispielsweise
die Luftklappen 20, der Lüfter 24, die Kühlmittelpumpe 34,
das Bypassventil 46 und weitere im Ausführungsbeispiel nicht
explizit gezeigte Komponenten des Kühlkreislaufs werden mit
Hilfe eines Steuergerätes 52, welches einen Speicher 54,
einen Verarbeitungsblock 66 und ein Vergleichsglied 68
besitzt über Datenleitungen 56 derart eingestellt
beziehungsweise geregelt, dass der Motor 12 des Fahrzeuges
zu jeder Zeit eines Fahrzyklusses eine optimale Temperatur
beziehungsweise Temperaturverteilung aufweist. Diese
optimale Temperatur kann beispielsweise durch einen
möglichst geringen Kraftstoffverbrauch oder auch eine
möglichst geringe Schadstoffemission des Motors
gekennzeichnet sein. Zur Detektion der aktuellen
Schadstoffemission ist ein Schadstoffsensor 72 vorgesehen,
der über eine Datenleitung 74 ebenfalls mit dem Steuergerät
52 verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturregelung eines
Motors wird in Folgenden anhand eines Blockschaltbildes in
Fig. 2 weiter erläutert. Die aktiven, stellbaren
Komponenten des Kühlsystems, wie die Luftklappen 20, der
Lüfter 24, die Kühlmittelpumpe 34, das Bypassventil 46 und
weitere im Ausführungsbeispiel nicht explizit definierte
Komponenten 60 des Kühlkreislaufs sind über Signalleitungen
56, die auch die elektrische Stromversorgung dieser
stellbaren Komponenten ermöglichen mit dem Steuergerät 52
verbunden. Bei den weiteren Komponenten 60 des Kühlkreislauf
kann es sich beispielsweise um weitere, stellbare Ventile
oder auch um eine zusätzliche Kühlmittelpumpe handeln. Die
Temperatursensoren 38 beziehungsweise 42 zur Ermittlung der
Kühlmitteltemperatur sind über entsprechende Datenleitungen
58 ebenfalls mit dem Steuergerät 52 verbunden.
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Die elektrische Kühlmittelpumpe 34 besitzt eine
Energieversorgung 62, die beispielsweise über das
Steuergerät 52 an das Bordnetz des Fahrzeuges gekoppelt sein
kann. Das Steuergerät 52 detektiert den Arbeitspunkt der
Kühlmittelpumpe 34, das heisst, den von der Pumpe
geförderten Volumenstrom - im Ausführungsbeispiel der Fig.
2 - anhand des von der elektrischen Pumpe benötigten
elektrischen Stromes I aus der Energieversorgung. Dieses
Signal wird über eine Datenleitung 64 ebenfalls dem
Steuergerät 52 zugeführt.
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Das Steuergerät 52 berechnet aus den aktuell vorliegenden
Ist-Parametern des Kühlkreislaufes, wie beispielsweise der
aktuellen, detektierten Kühlmitteltemperatur
beziehungsweise dem von der Kühlmittelpumpe 34 benötigten
elektrischen Strom I den im Kühlkreislauf umgepumpten
Kühlmittelvolumenstrom sowie daraus die Motortemperatur
beziehungsweise die Temperaturen verschiedener
Motorbauteile.
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Im Speicher 54 des Steuergerätes 52 abgelegt ist ein
thermische Modell des Kühlkreislaufes mit seinen
Komponenten, wie beispielsweise der Verbindungsführung, der
Viskositätsänderung des Kühlmittels, der Stellung der
Ventile, der Kühlleistung des Kühlers 16 sowie des Lüfters
24 und weiterer, das Kühlsystem beschreibende Parameter. Im
Steuergerät 52 ist somit eine Bedatung vorhanden, die den
Einfluss eines bestimmten Kühlmittelvolumenstroms auf die
Motortemperatur beziehungsweise auf die Temperatur
verschiedener Bauteile des Motors modelliert.
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Ebenfalls im Speicher 54 des Steuergeräts 52 hinterlegt sind
die Kennlinien der Kühlmittelpumpe 34. Die elektrische Pumpe
34 wird im stationären Betriebszustand einen konstanten
Volumenstrom fördern. Dies geschieht bei konstanter
elektrischer Spannung U, konstantem elektrischen Strom I und
einer vorgegebenen Drehzahl N der Pumpe. Der jeweilige
Betriebspunkt der Pumpe, das heisst der Druckaufbau ΔP sowie
der Volumenstrom ΔV/Δt kann somit anhand der
Pumpenkennlinien sowie dem gespeicherten
Strömungswiderständen des Kühlkreislaufes aus der Kenntnis
der Werte von elektrischer Spannung U, elektrischem Strom I
und Drehzahl N der Pumpe durch das Steuergerät bestimmt
werden. So kann das Steuergerät beispielsweise aus der
Messung des elektrischen Stroms I, den die Pumpe bei
konstanter Ansteuerung durch eine konstante elektrische
Spannung U sowie bei konstanter Drehzahl N zieht, auf den
durch die Pumpe geförderten Volumenstrom schließen. Der
benötigte elektrische Strom I der Kühlmittelpumpe kann somit
zur Auswertung und Diagnose des von der Pumpe 34 geförderten
Kühlmittelvolumenstroms genutzt werden. Der auf diese Weise
über den elektrischen Strom der Pumpe 34 diagnostizierte
Volumenstrom des Kühlmittels wird zusammen mit der
beispielsweise über den Temperatursensor 42 bestimmten
Kühlmitteltemperatur vom Steuergerät genutzt, um die
aktuelle Motortemperatur zu errechnen.
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Ein Vergleich der Daten der ermittelten, aktuell
vorliegenden Motortemperatur beziehungsweise dem dieser
Motortemperatur zugrunde liegenden Kühlmittelvolumenstrom,
aus dem Verarbeitungsblock 66 mit dem im Speicher 54 des
Steuergeräts 52 abgelegten Modell für die optimale
Kühlmitteltemperatur und den optimalen
Kühlmittelvolumenstrom wird in einem Vergleichsglied 68 des
Steuergerätes 52 durchgeführt. Über das Vergleichsglied 68
generiert das Steuergerät 52 ein, beziehungsweise mehrere
Korrektursignale 56. Das Korrektursignal wird dazu genutzt,
die aktiven Elemente des Kühlkreislaufs, wie beispielsweise
die Kühlmittelpumpe 34, das Kühlluftgebläse 24, das
Bypassventil 46 oder auch die Luftklappen 20 zu steuern
beziehungsweise einzuregeln. So lässt sich beispielsweise
durch Regelung der Kühlmittelpumpe 34 der
Kühlmittelvolumenstrom durch den Motor 12 einstellen und
eine Optimierung der Temperatur des Moors beziehungsweise
der Temperaturen diverser Motorbauteile in Hinsicht auf den
Kraftstoffverbrauch und/oder die Schadstoffemission
erreichen.
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In analoger Weise liefert das Steuergerät 52 auch ein Stell-
und Regelsignal an das Bypassventil 46, welches durch Öffnen
beziehungsweise Schließen der Bypassleitung 48 die
Temperatur des Kühlmittels am Kühlmitteleinlass 36 auf den
gewünschten Wert einregeln kann. Zur Überprüfung der
Funktionsfähigkeit dieses Regelmechanismus kann der
Temperatursensor 38 die Kühlmitteltemperatur vor dem
Kühlmitteleinlass 36 des Motors 12 bestimmen und dieses
Signal an das Steuergerät 52 weiterleiten. Auf diese Weise
ist es möglich, eine defekte Komponente des Kühlkreislaufs
zu detektieren, sollte dieser thermisch nicht den Vorgaben
des Steuergeräts 52 und des im Steuergerät abgelegten
thermischen Modells folgen.
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Im Speziellen lässt sich so beispielsweise die zeitliche
Änderung der Temperatur des Kühlmittels in der Startphase
des Verbrennungsmotors, mit einem im Steuergerät abgelegten,
zeitabhängigen Modell der Kühlmitteltemperatur für diese
Phase vergleichen. Bei Abweichen der Ist-Temperaturwerte von
den vorgegebenen Soll-Temperaturwerten, die beispielsweise
in Form eines Temperaturbereichs im Speicher 54 des
Steuergerätes 52 abgelegt sein können, wird vom Steuergerät
52 zusätzlich ein entsprechendes Warnsignal abgesetzt, das
auf eine Fehlfunktion des Kühlkreislaufs und damit auf eine
eventuelle vorliegende defekte Komponente hinweist.
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Des Weiteren verfügt das Steuergerät beispielsweise auch
über entsprechende Schadstoffsensoren 72, die die aktuelle
Schadstoffemission des Verbrennungsmotors detektieren und
über eine Verbindung 74 an den Verarbeitungsblock 66 des
Steuergerätes 52 melden. Die Schadstoffsensoren 72
ermöglichen so ebenfalls durch einen Vergleich 58 mit
entsprechenden, im Speicher 54 des Steuergerätes abgelegten
Daten, die Einregelung der Motortemperatur auf ihren jeweils
optimalen Wert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf das
beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So lässt sich die vorliegende Motortemperatur
beziehungsweise die Bauteiltemperatur des Motors indirekt
auch über andere Kenngrößen der Kühlmittelpumpe
diagnostizieren. Wenn bei konstanter Ansteuerung, das heisst
bei konstanter elektrischer Spannung U, die Pumpe immer
einen konstanten elektrischen Strom I "zieht", dann kann aus
der Drehzahl N der Pumpe auf deren Last und somit auf den
geförderten Volumenstrom geschlossen werden. Mit Hilfe des
so detektierten Volumenstroms und der gemessenen
Kühlmitteltemperatur kann dann wiederum auf eine
Bauteiltemperatur des Motors geschlossen werden.
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Wird eine andere physikalische Größe zur Ansteuerung der
Kühlmittelpumpe verwendet, wie beispielsweise der
elektrische Strom I, so müssen die jeweils anderen
Kenngrößen (U, N) der Kühlmittelpumpe vom Steuergerät 52
erfasst und verarbeitet werden. Die Messgrößen (U, I, N)
werden aktuell vom Steuergerät 52 ausgewertet und dort mit
dem rechnerischen Modell sowie den abgelegten Kennlinien der
Pumpe verglichen. Abweichungen von den berechneten oder
vorher im Steuergerät abgelegten Daten ermöglichen so ein
Erkennen von Fehlern im Kühlsystem, beispielsweise durch
blockierte Ventile, defekte Leitungen, oder auch eine nicht
funktionstüchtige Kühlmittelpumpe.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auf einfache und
effiziente Weise eine "Onboard-Diagnose" des Kühlkreislaufs
eine Kraftfahrzeuges möglich, die im Speziellen auch die
Einhaltung bestimmter Schadstoffemissionen des
Verbrennungsmotors gewährleisten kann.