DE102020105903A1

DE102020105903A1 - Steuerungsstrategie für eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl

Info

Publication number: DE102020105903A1
Application number: DE102020105903.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Charles Keblusek
Original assignee: Int Eng Ip Co LLC; International Engine Intellectual Property Co LLC
Current assignee: Int Eng Ip Co LLC; International Engine Intellectual Property Co LLC
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-09-17

Abstract

System und Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl für Fahrzeugkühlsysteme verwendet eine Steuervorrichtung, die gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems einbezieht. Die Steuervorrichtung berechnet den Kühlmittelstrom und die Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen. Die Steuervorrichtung sagt dann die Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen voraus und legt einen maximal zulässigen Wärmestrom fest, um ein Sieden des Kühlmittels zu vermeiden. Die Steuervorrichtung optimiert dann die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, um zu verhindern, dass das Kühlmittel den maximal zulässigen Wärmestrom überschreitet. Der maximal zulässige Wärmestrom kann ermittelt werden, indem der Wärmestrom innerhalb eines Bereichs gehalten wird, der durch reine Konvektion durch Grenzflächenverdampfung und/oder innerhalb eines Bereichs, der durch kondensierende kernsiedende Blasen gekennzeichnet ist, gehalten wird. Die Steuervorrichtung kann auch Leistungseinsparungen bestimmen, die durch die Optimierung der Drehzahl der Kühlmittelpumpe erzielt werden.

Description

HINTERGRUND
Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 12. März 2019 eingereichten US-Anmeldung mit der vorläufigen Nr. 62/817.285, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
Bereich der Erfindung
Diese Offenlegung bezieht sich im Allgemeinen auf Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl für Kühlsysteme von Fahrzeugmotoren und insbesondere auf solche Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl für gewerbliche Bodenfahrzeuge, bei denen die Kühlmittelpumpendrehzahl zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades variiert werden kann. Ferner bezieht sie sich auf ein System und Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl auf der Grundlage einer tatsächlichen Rückmeldung an die Steuervorrichtung hinsichtlich der thermodynamischen Bedingungen des Kühlsystems, um zu bestimmen, ob die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl tatsächlich angemessen funktioniert und um den Motor, die Komponenten und das Kühlsystem zu schützen.
Stand der Technik
Fahrzeugverbrennungsmotoren verbrennen Kraftstoff, um Nutzleistung zu leisten, insbesondere Leistung, die auf die Räder übertragen wird, um das Fahrzeug zu bewegen. Dabei erzeugen Verbrennungsmotoren Abwärme, die aus dem Motor und bestimmten anderen Fahrzeugkomponenten abgeführt werden muss, um den Motor und die Komponenten in ihrem Betriebstemperaturbereich zu halten und eine Überhitzung zu verhindern. Um diese Abwärme abzuführen, verwendet die überwiegende Mehrheit der fahrenden Landfahrzeuge ein Flüssigkeitskühlsystem, das einen oder mehrere Wassermäntel, Kühlkanäle und Wärmetauscher enthält, um die Wärme von dem Motor und den Komponenten auf das Kühlmittel zu übertragen, sowie einen oder mehrere Radiatoren, um die Wärme an die Umgebung abzugeben. Eine Kühlmittelpumpe wird verwendet, um das Kühlmittel innerhalb des Flüssigkeitskühlsystems umzuwälzen, um eine schnelle und effiziente Wärmeübertragung vom Motor und den Komponenten an die Umgebung zu ermöglichen.
Die Kühlmittelpumpe benötigt Leistung vom Motor, um das Kühlmittel umzuwälzen, und kann daher als parasitäre Last charakterisiert werden. Diese parasitäre Last senkt nicht nur den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugantriebsstrangs, sondern trägt durch den zusätzlichen Kraftstoff, der zur Erzeugung der von der Kühlmittelpumpe verbrauchten Leistung erforderlich ist, und die daraus resultierenden zusätzlichen Verbrennungsgase auch zu den Fahrzeugemissionen bei. Die meisten Kühlmittelpumpen werden in einem festen Verhältnis mit der Motorkurbelwelle angetrieben, so dass die Drehzahl der Kühlmittelpumpe direkt proportional zur Motordrehzahl ist. Diese Anordnung basiert auf der Annahme, dass bei höheren Motordrehzahlen eine größere Kühlkapazität benötigt wird, und führt zu einer größeren Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe bei höheren Motordrehzahlen.
Um die Gesamteffizienz des Fahrzeugantriebsstrangs zu erhöhen und die Gesamtemissionen des Fahrzeugs zu senken, wird bekanntlich eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl eingesetzt. Auf diese Weise kann die Kühlmittelpumpe mit einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden, wenn die Anforderungen des Motors und die Betriebsbedingungen dies zulassen. Es ist ferner bekannt, dass die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl auf der von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit basiert, erneut basierend auf der Annahme, dass bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten eine größere Kühlkapazität erforderlich ist. Bei bekannten Steuersystemen für Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl fehlt jedoch eine tatsächliche Rückmeldung an die Steuervorrichtung hinsichtlich der thermodynamischen Bedingungen des Kühlsystems, um zu bestimmen, ob die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl tatsächlich angemessen funktioniert und den Motor, die Komponenten und das Kühlsystem zu schützen. Infolgedessen besteht ein erhöhtes Risiko, dass an bestimmten Stellen des Motors, der Komponenten und des Kühlsystems zerstörerisches Sieden, Kavitation und Überhitzung auftreten können. Umgekehrt können bekannte Steuersysteme für Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl unnötigerweise mit einer zu hohen Drehzahl betreiben, wodurch potenzielle Einsparungen bei Kraftstoff, Motoreffizienz und Gesamtemissionen verloren gehen können.
Dementsprechend besteht ein unerfüllter Bedarf an einem Steuersystem und einem Verfahren für eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, die eine tatsächliche Rückmeldung an die Steuervorrichtung liefert, die bestimmt, ob die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl tatsächlich angemessen funktioniert und den Motor, die Komponenten und das Kühlsystem schützt.
ZUSAMMENFASSUNG
Nach einer Ausführungsform des Systems und des Verfahrens zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl verfügt ein Fahrzeug über einen Motor und ein Kühlsystem. Das Kühlsystem enthält einen Kühlkreislauf, eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl und eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung bezieht gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems ein und/oder ist eingerichtet, um von einer externen Quelle gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems zu erhalten. Die Steuervorrichtung ist auch eingerichtet, um den Kühlmittelstrom und die Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu berechnen und/oder ist eingerichtet, um von einer externen Quelle berechnete Kühlmittelströme und Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu erhalten. Die Steuervorrichtung ist auch eingerichtet, um die Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen vorherzusagen und/oder ist eingerichtet, um von einer externen Quelle die vorhergesagten Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen zu empfangen. Die Steuervorrichtung ist auch eingerichtet, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um das Sieden des Kühlmittels zu vermeiden, und/oder ist eingerichtet, um von einer externen Quelle einen festgelegten maximal zulässigen Wärmestrom zu erhalten, um das Sieden des Kühlmittels zu verhindern. Die Steuervorrichtung ist auch eingerichtet, um die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl zu optimieren, um zu verhindern, dass das Kühlmittel den maximal zulässigen Wärmestrom überschreitet.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Systems und des Verfahrens zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl enthält ein Kühlsystem eines Fahrzeugs, das einen Motor aufweist, einen Kühlkreislauf, eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl und eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung bezieht gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems ein und/oder ist eingerichtet, um von einer externen Quelle gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems zu erhalten. Die Steuervorrichtung ist auch eingerichtet, um den Kühlmittelstrom und die Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu berechnen und/oder ist eingerichtet, um von einer externen Quelle berechnete Kühlmittelströme und Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu erhalten. Die Steuervorrichtung ist auch eingerichtet, um die Kühlmitteltemperaturen bei reduzierten Wasserpumpendrehzahlen vorherzusagen und/oder ist eingerichtet, um von einer externen Quelle vorhergesagte Kühlmitteltemperaturen bei reduzierten Wasserpumpendrehzahlen zu erhalten. Die Steuervorrichtung ist auch eingerichtet, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um ein Sieden des Kühlmittels zu vermeiden, und/oder ist eingerichtet, um von einer externen Quelle einen festgelegten maximal zulässigen Wärmestrom zu erhalten, um ein Sieden des Kühlmittels zu verhindern. Die Steuervorrichtung ist auch eingerichtet, um die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl zu optimieren, um zu verhindern, dass das Kühlmittel den maximal zulässigen Wärmestrom überschreitet.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Systems und des Verfahrens zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl enthält ein Verfahren zur Kühlung des Motors eines Fahrzeugs mehrere Schritte. Der erste Schritt ist das Vorsehen eines Kühlkreislaufs. Der zweite Schritt ist das Vorsehen einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl. Der dritte Schritt ist das Einbeziehen von gemessenen Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems innerhalb einer Steuervorrichtung, und/oder Einrichten der Steuervorrichtung, um von einer externen Quelle gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems zu erhalten. Der vierte Schritt ist das Einrichten der Steuervorrichtung, um den Kühlmittelstrom und die Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu berechnen, und/oder von einer externen Quelle berechnete Kühlmittelströme und Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu erhalten. Der fünfte Schritt ist das Einrichten der Steuervorrichtung, um die Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen vorherzusagen und/oder die von einer externen Quelle vorhergesagten Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen zu erhalten. Der sechste Schritt ist das Einrichten der Steuervorrichtung, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um ein Sieden des Kühlmittels zu vermeiden und/oder um einen von einer externen Quelle festgelegten maximal zulässigen Wärmestrom zu erhalten, um ein Sieden des Kühlmittels zu verhindern. Der siebte Schritt ist das Einrichten der Steuervorrichtung zur Optimierung der Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, um zu verhindern, dass das Kühlmittel den maximal zulässigen Wärmestrom überschreitet.
Figurenliste

1 ist eine grafische Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlpumpe mit zwei Geschwindigkeiten aufweist, und eines Systems zu dessen Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
2A ist eine grafische Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems zu dessen Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
2B ist eine grafische Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems zu dessen Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
3 ist eine grafische Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems zu dessen Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
4 ist eine isometrische Teilansicht einer Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems zu dessen Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
5 ist eine isometrische Teilansicht einer Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems zu dessen Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
6A ist ein Graph der Anforderungen an die Treibhausgasemissionen gemäß der EPA, wie sie hier beschrieben sind;
6B ist ein Graph der Quellen von Treibhausgasemissionen, wie sie hier beschrieben sind;
7 ist eine grafische Darstellung der Phasen einer Ausführungsform eines Systems und eines Verfahrens zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl eines Kühlsystems, wie es hier beschrieben ist;
8 ist ein Graph der volumetrischer Strömungsrate, des Kopfdrucks und der Leistung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl als Funktionen der Drehzahl einer Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, wie sie hier beschrieben ist;
9 ist eine grafische Darstellung des Flüssigkeitsstroms in einem Rohr, das einer Wärmeübertragung unterliegt, wie er hier beschrieben ist;
10 ist ein Graph des Wärmestroms entsprechend Bereichen mit Siedeverhalten, wie sie hier beschrieben sind;
11 ist eine grafische Darstellung der Ein- und Ausgänge einer Ausführungsform eines Systems und des Verfahrens zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl eines Kühlsystems als Funktion der idealen Wasserpumpendrehzahl, wie sie hier beschrieben sind;
12 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Kühlsystems, das in Verbindung mit einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl verwendet werden kann, und eines Systems und Verfahrens zu deren Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
13 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Kühlsystems, das in Verbindung mit einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl verwendet werden kann, und eines Systems und Verfahrens zu deren Steuerung, sowie ein Graph der Wärmezufuhr in das Kühlsystem, wie sie hier beschrieben sind;
14A ist eine Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems und Verfahrens zu deren Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
14B bis 14E sind Graphen von Hydraulikeinschränkungen der Komponenten, wie sie hier beschrieben sind;
15A ist eine Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems und Verfahrens zu deren Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
15B bis 15E sind Graphen der Wärmeabgabe von Komponenten, wie sie hier beschrieben sind;
16A ist eine Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems und Verfahrens zu deren Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
16B und 16C sind Graphen der Kühlmittelpumpenleistung und der Kühlsystemeinschränkung, wie sie hier beschrieben sind;
17 ist eine grafische Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlsystemmodells, das in Verbindung mit einem Kühlsystem verwendet wird, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, sowie eines Systems und Verfahrens zu deren Steuerung;
18A ist eine Ausführungsform eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl aufweist, und eines Systems und Verfahrens zu deren Steuerung, wie sie hier beschrieben sind;
18B ist ein Graph der Siedegrenze bei einer Motordrehzahl von 1400 U/min und 80% Motorlast an neun Kühlsystemstellen, wie sie hier beschrieben sind;
19A und 19B sind Graphen der Siedegrenze bei einer Motordrehzahl von 1700 U/min und bei 100% Motorlast und 20% Motorlast an neun Kühlsystemstellen, wie sie hier beschrieben sind;
20A und 20B sind Diagramme des Leistungsbedarfs einer herkömmlichen Kühlmittelpumpe in Anhängigkeit von Motordrehzahl und Last und des optimierten Leistungsbedarfs einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl in Abhängigkeit von Motordrehzahl bzw. Last, wie sie hier beschrieben sind;
21A, 21B, 21C und 21D sind Graphen des Leistungsbedarfs herkömmlicher Kühlmittelpumpen in Abhängigkeit von Motordrehzahl und -last, des zulässigen Drehzahlreduktionsverhältnisses, des optimierten Leistungsbedarfs der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl in Abhängigkeit von Motordrehzahl und -last und der Kühlmittel-Leistungseinsparungen als Prozentsatz des Leistungsbedarfs einer herkömmlichen Pumpe, wie sie hier beschrieben sind;
22 ist ein Graph der Berechnungen der Kühlmittelpumpenleistung im SET-Zyklus, wie sie hier beschrieben sind; und
23A und 23B sind Graphen der Berechnungen der Leistung einer herkömmlichen Kühlmittelpumpe bzw. der Berechnungen der Leistung einer optimierten Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, wie sie hier beschrieben sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obwohl sie für die Funktion des Fahrzeugantriebsstrangs notwendig ist, kann die Kühlmittelpumpe als parasitäre Last für den Motor angesehen werden. Derzeit werden herkömmliche Kühlmittelpumpen mit einem festen Drehzahlverhältnis betrieben. Eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl kann den Leistungsverbrauch reduzieren, wenn keine Leistung benötigt wird. Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl auf der Grundlage der tatsächlichen Rückmeldung an die Steuervorrichtung bezüglich der thermodynamischen Bedingungen des Kühlsystems, um zu bestimmen, ob die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl tatsächlich angemessen funktioniert, und, wie bereits erwähnt, um den Motor, die Komponenten und das Kühlsystem zu schützen. Das System und das Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl kann auf Kühlsysteme von Motoren angewandt werden, die in verschiedenen Arten von stationären Anwendungen, Schiffs- und Flugzeuganwendungen, Personenfahrzeugen sowie Nutzfahrzeugen und Freizeitfahrzeugen, wie z.B. Straßen- oder Sattelschleppern, Lastkraftwagen, Bussen, Feuerwehrfahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Baufahrzeugen, Wohnmobilen, Schienenfahrzeugen usw., eingesetzt werden. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass Ausführungsformen des Systems und der Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl auf Motoren angewendet werden können, die, als nicht einschränkende Beispiele, für verschiedene Kraftstoffe wie Benzin, Diesel, Propan, Erdgas und Wasserstoff eingerichtet sind. Die verschiedenen Ausführungsformen des hier vorgestellten Systems und des Verfahrens zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl werden bei Fahrzeugen eingesetzt, die den Otto- oder den Dieselzyklus verwenden, aber dies ist nicht so auszulegen, dass es den Anwendungsbereich des Systems und des Verfahrens zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl einschränkt, die bei Motoren anderer Konstruktion angewendet werden können.
Das System und das Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl verwendet einen oder mehrere Drucksensoren und/oder einen oder mehrere Temperatursensoren, um ein geschlossenes Regelkreislaufsystem zu schaffen, um dadurch sicherzustellen, dass die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl wie vorgesehen funktioniert, während sie mit einer reduzierten Drehzahl und einem reduzierten Kühlmittelstrom arbeitet. Das System und das Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl analysiert ferner die Betriebs- und/oder thermodynamischen und/oder hydraulischen Bedingungen des Motors und des Kühlsystems, um eine verbesserte Steuerung der Kühlmittelpumpe zu gewährleisten, während die Motorhardware geschützt und die durch die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl erzielten Kraftstoffeinsparungen optimiert werden. Um die Implementierung der Druck- und/oder Temperatursensoren und die Funktionalität des hier beschriebenen Systems und Verfahrens zu unterstützen, können das System und das Verfahren zur Steuerung drehzahlgesteuerter Kühlmittelpumpen einen oder mehrere Steuervorrichtungen, wie z.B. eine Motor- oder eine Antriebsstrangsteuervorrichtung, verwenden, die mit einer für die Komponentenanordnung des Motors und/oder des Kühlsystems spezifischen Kodierung eingerichtet sind. Dies ermöglicht es der darin enthaltenen Steuerstrategie, über einen oder mehrere Druck- und/oder Temperatursensoren vorherzusagen, wann ein Sieden in einer Komponente auftritt, und die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl zu steuern, um ein solches Sieden zu verhindern und gleichzeitig die parasitären Verluste, die aus dem Betrieb der Kühlmittelpumpe resultieren, zu minimieren. Auf diese Weise optimiert das System und das Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl das Motorkühlsystem, reduziert parasitäre Verluste am Motor, verringert den Kraftstoffverbrauch und unterstützt die Anforderungen der Umweltschutzbehörde in Bezug auf Treibhausgasemissionen.
Bezugnehmend nun auf 1, ist eine Ausführungsform eines Systems und eines Verfahrens zur Steuerung Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl vorgesehen. Das System enthält ein Kühlsystem 100, das einen Kühlkreislauf aufweist, der eine Kühlmittelpumpe 102, Kühlkanäle innerhalb eines Motorblocks 110 und dessen Kopfes 112, einen AGR-Kühler 120 und einen Radiator 126 enthält. Das Kühlsystem 100 wälzt Kühlmittel zwischen dem Motorblock 110, seinem Kopf 112, dem AGR-Kühler 120 und dem Radiator 126 um, um die Abwärme aus dem Motorblock 110, dem Kopf 112 und dem AGR-Kühler 120 abzuführen. Man kann davon ausgehen, dass das Kühlmittel durch zusätzliche Fahrzeugkomponenten umgewälzt werden kann, um Wärme zu absorbieren oder abzuleiten. Ein Thermostat 122 lenkt den Strom des erwärmten Kühlmittels vom Motorblock 110, dem Kopf 112 und dem AGR-Kühler 120 entweder direkt zurück zur Kühlmittelpumpe 102 oder über den Radiator 126 zurück zur Kühlmittelpumpe 102, je nachdem, ob eine ausreichende Kühlmitteltemperatur erreicht wurde, um den Thermostat 122 zu öffnen. Die in 1 dargestellte Kühlmittelpumpe 102 kann eine Kühlmittelpumpe 102 mit zwei Geschwindigkeiten sein.
Eine Steuervorrichtung 108 ist an die Kühlmittelpumpe 102 mit zwei Geschwindigkeiten angeschlossen und steuert deren Betrieb mit zwei Geschwindigkeiten. Die Steuervorrichtung 108 ist auch an einen Drucksensor 104 angeschlossen, der sich in diesem Fall zwischen der Kühlmittelpumpe 102 mit zwei Geschwindigkeiten und dem Motorblock 110 und dem Kopf 112 befindet. Die Steuervorrichtung 108 ist außerdem mit einem Temperatursensor 106 verbunden, der sich in diesem Fall zwischen dem AGR-Kühler 120 und dem Thermostat 122 befindet. Die Steuervorrichtung 108 steuert basierend auf der Rückmeldung des Drucksensors 104 und des Temperatursensors 106 die Auswahl, welche der beiden Geschwindigkeiten der Kühlmittelpumpe 102 mit zwei Geschwindigkeiten verwendet wird. Auf der Grundlage der Rückmeldung vom Drucksensor 104 kann die tatsächliche Pumpendrehzahl angedeutet oder unter Verwendung von Pumpengesetzen berechnet werden, wobei:

● $Δ P α N^{2} (Δ P = Delta-Druck,N = Drehzahl der Pumpenwelle) .$

108

102

100

2A zeigt eine weitere Ausführungsform eines Systems und eines Verfahrens zur Steuerung Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl. Das System enthält erneut ein Kühlsystem 100, das einen Kühlkreislauf aufweist, der eine Kühlmittelpumpe 102, Kühlkanäle innerhalb eines Motorblocks 110 und dessen Kopfes 112, einen AGR-Kühler 120 und einen Radiator 126 enthält. Erneut wird ein Kühlmittel von dem Kühlsystem 100 zwischen dem Motorblock 110, seinem Kopf 112, dem AGR-Kühler 120 und dem Radiator 126 umgewälzt, um die Abwärme aus dem Motorblock 110, dem Kopf 112 und dem AGR-Kühler 120 abzuführen. Auch hier ist zu beachten, dass ein Kühlmittel durch andere Fahrzeugkomponenten umgewälzt werden kann, um Wärme aus dem Kühlmittel aufzunehmen oder abzuleiten. Das Kühlsystem 100 ist außerdem mit einem Ausdehnungsgefäß 148 ausgestattet. Ein Thermostat 122 leitet erneut den Strom des erwärmten Kühlmittels aus dem Motorblock 110, dem Kopf 112 und dem AGR-Kühler 120 selektiv entweder direkt zurück zur Kühlmittelpumpe 102 oder über den Radiator 126 zurück zur Kühlmittelpumpe 102, je nachdem, ob eine ausreichende Kühlmitteltemperatur erreicht wurde, um den Thermostat 122 zu öffnen. Die in 2 dargestellte Kühlmittelpumpe 102 kann eine Kühlmittelpumpe 102 mit stufenlos variabler oder inkrementell variabler Drehzahl sein.
Eine Steuervorrichtung 108 ist erneut mit der Kühlmittelpumpe 102 verbunden und steuert den stufenlos drehzahlvariablen oder inkrementell drehzahlvariablen Betrieb. Die Steuervorrichtung 108 ist erneut mit einem Drucksensor 104 verbunden, der sich zwischen der Kühlmittelpumpe 102 mit stufenlos variabler oder inkrementell variabler Drehzahl und dem Motorblock 110 und dem Kopf 112 befindet. Die Steuervorrichtung 108 ist erneut mit einem Temperatursensor 106 verbunden, der sich zwischen dem AGR-Kühler 120 und dem Thermostat 122 befindet. Die Steuervorrichtung 108 steuert erneut die Drehzahl der stufenlos oder inkrementell Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102 auf der Grundlage der Rückmeldung vom Drucksensor 104 und dem Temperatursensor 106. Die Steuervorrichtung 108 verwendet die Rückmeldung von, als nicht begrenzende Beispiele, dem Drucksensor 104 und/oder dem Temperatursensor 106, um das Sieden des Kühlmittels an verschiedenen Stellen im Motorblock 110, im Kopf 112 oder im AGR-Kühler 120 vorherzusagen. Wie in 2B dargestellt, kann die Steuervorrichtung 108, als nicht begrenzendes Beispiel, die Drehzahl der stufenlos oder inkrementell Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102 unter Verwendung der Rückmeldung vom Drucksensor 104 und/oder dem Temperatursensor 106 steuern, um das Sieden des Kühlmittels vorherzusagen. Die Steuervorrichtung 108 kann dies durch die Vorhersage des Drucks 160 und der Temperatur 162 vor dem Eintritt des Kühlmittels in den Kopf 112 und/oder durch die Vorhersage des Drucks 164 und der Temperatur 166 nach dem Austritt des Kühlmittels aus der Kopf 112 erreichen.
Wie in 3 dargestellt, kann die Steuervorrichtung 108 dann beispielsweise (eine) Information(en) von einem Drucksensor 104, der sich in dem Ausdehnungsgefäß 148 befindet, nutzen, um Drücke und Temperaturen an verschiedenen Punkten im Kühlsystem 100 abzuleiten und vorherzusagen. Die Steuervorrichtung 108 kann Drücke an verschiedenen Punkten im Kühlsystem 100 als Funktion der Temperatur (T), der Sättigungstemperatur (t) und der Wellendrehzahl (N) ableiten und vorhersagen, wobei alles andere gleich ist (∀):

● $PX = f (T, t, \forall)$
● $P ωρ= PX + f (N, t)$

108

100

102

100

148

Bezugnehmend auf 4 und 5 werden weitere Ausführungsformen von Kühlsystemen 100 gezeigt, die ein System und ein Verfahren zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl 200 implementieren können. Das Kühlsystem 100 weist einen Kühlkreislauf auf, der eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102, Kühlkanäle innerhalb eines Motorblocks 110 oder Kurbelgehäuses 114 und dessen Kopfes 112 (nicht in 4 dargestellt), einen AGR-Kühler 120 (nicht in 4 dargestellt) und einen Radiator 126 enthält. Der Radiator 126 ist mit einem Radiatordeckel 136, einem oberen Radiatorbehälter 128 mit einem Radiatoreinlass 130 und einem unteren Radiatorbehälter 132 mit einem Radiatorauslass 134 versehen. Das Kühlsystem 100 wälzt ein Kühlmittel zwischen dem Motorblock 110 oder dem Kurbelgehäuse 114, seinem Kopf 112, dem AGR-Kühler 120 und dem Radiator 126 um, um die Abwärme des Motorblocks 110 oder des Kurbelgehäuses 114, des Kopfes 112 und des AGR-Kühlers 120 abzuführen. Wie bisher, kann man davon ausgehen, dass das Kühlmittel durch zusätzliche Fahrzeugkomponenten oder Wärmetauscher umgewälzt werden kann, um Wärme zu absorbieren oder abzuleiten. Ein Thermostat 122, der in einem Thermostatgehäuse 124 angeordnet ist, leitet den Strom des erwärmten Kühlmittels vom Motorblock 110 und Kopf 112 selektiv entweder direkt zurück zur Kühlmittelpumpe 102 oder über den Radiator 126 zurück zur Kühlmittelpumpe 102, je nachdem, ob eine ausreichende Kühlmitteltemperatur zum Öffnen des Thermostats 122 erreicht wurde. Eine Steuervorrichtung 108 ist an die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102 angeschlossen und steuert deren Drehzahl.
Wenn der Thermostat 122 geschlossen ist, wird ein Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102 in einen Motorkühlmitteleinlass 116 gepumpt, strömt durch die Kühlkanäle des Motorblocks 110 und dessen Kopf 112 und kehrt über einen Motorkühlmittelauslass 118 neben dem Thermostatgehäuse 124 zur Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102 zurück. Wenn der Thermostat offen ist, wird ein Kühlmittel durch die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102 in den Motorkühlmitteleinlass 116 gepumpt, strömt durch die Kühlkanäle des Motorblocks 110 und dessen Kopf 112 und tritt am Motorkühlmittelauslass 118 zu einem oberen Radiatorschlauch 140 aus, der zum Radiatoreinlass 130 führt. Das Kühlmittel strömt durch den Radiator 126 zum Radiatorauslass 134, durch einen unteren Radiatorschlauch 138 zum Thermostat 122 und zurück zur Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102. Auf dem Weg durch den Radiator 126 gibt das Kühlmittel Wärme an die Umgebung ab, was durch ein Kühlgebläse 146 unterstützt werden kann.
Um ein Ausdehnungsvolumen für das Kühlmittel bei der Erwärmung durch den Motor zu schaffen, kann das Kühlsystem 100 einen Ausdehnungsbehälter 148 enthalten, die in Fluidverbindung mit dem unteren Radiatorschlauch 138 steht. Um die Entlüftung des Kühlmittels zu gewährleisten, kann der Ausdehnungsbehälter 148 mit dem oberen Radiatorbehälter 128 über einen Radiatorentlüftungsschlauch 142 und mit dem oberen Teil des Motors über einen Dampfschlauch 144 verbunden werden. Um die Fahrzeuginsassen mit Wärme zu versorgen, kann das Kühlsystem 100 außerdem einen Heizelementkern 154 und ein Heizgebläse 156 enthalten. Der Heizelementkern 154 wird mit einem Heizelement-Vorlaufschlauch 150 und einem Heizelement-Rücklaufschlauch 152 an das Kühlsystem 100 angeschlossen. Die Hauptfunktion des Kühlsystems 100 besteht darin, die Abwärme aus dem Motorblock 110, dem Kurbelgehäuse 114, dem Kopf 112, dem AGR-Kühler 120 und allen anderen Fahrzeugkomponenten oder Wärmetauschern, an die es angeschlossen ist, abzuführen und die Abwärme über den Radiator 126 an die Umgebung und/oder über den Heizelementkern 154 an die Fahrzeuginsassen abzuleiten. Auf diese Weise hält das Kühlsystem 100 akzeptable Metalloberflächen- und Schmiersystemtemperaturen aufrecht, verbessert den Motorwirkungsgrad und reduziert die Fahrzeugemissionen durch die Luftmanagement-Temperatursteuerung.
Wie in 6A dargestellt, ist die Notwendigkeit einer verbesserten Motoreffizienz und reduzierter Fahrzeugemissionen unter anderem darauf zurückzuführen, dass die US-Umweltschutzbehörde strengere Vorschriften für den Ausstoß von Kohlendioxid (Treibhausgasen) erlassen hat. Wie in 6B gezeigt, werden Straßenfahrzeuge bis zum Jahr 2020 immer noch die wichtigste Quelle für Treibhausgasemissionen in den USA sein. Wie bereits erwähnt, kann die Kühlmittelpumpe, obwohl sie für die Funktion des Fahrzeugantriebsstrangs notwendig ist, als parasitäre Last des Motors angesehen werden. Derzeit werden herkömmliche Kühlmittelpumpen mit einem festen Drehzahlverhältnis betrieben. Eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102 kann den Leistungsverbrauch reduzieren, wenn keine Leistung benötigt wird.
Wie in 7 dargestellt, kann das System und das Verfahren 200 zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl fünf Schritte enthalten. Der erste oder Messschritt 202 enthält die Messung der Labor-Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten eines Kühlsystems 100 einer gegebenen Konfiguration. Diese Information(en) kann/können dann in die Steuervorrichtung 108 integriert oder anderweitig an die Steuervorrichtung 108 übermittelt werden. Der zweite oder Berechnungsschritt 204 enthält die Berechnung von Strom und Drücken bei reduzierten Wasserpumpendrehzahlen unter Verwendung von Pumpenaffinitätsgesetzen, die von der Steuervorrichtung 108 durchgeführt oder die extern durchgeführt und an die Steuervorrichtung 108 übermittelt werden können. Der dritte oder Interpretationsschritt 206 enthält die Interpretation der gemessenen Daten unter Verwendung von Wärmeübertragungsgleichungen zur Vorhersage von Temperaturen bei reduzierten Wasserpumpendrehzahlen, die von der Steuervorrichtung 108 durchgeführt oder extern durchgeführt und an die Steuervorrichtung 108 übermittelt werden können. Der vierte oder der Festlegungsschritt 208 enthält die Festlegung eines Kriteriums zur Vermeidung des Siedens in Antriebsstrangkomponenten unter Verwendung eines Wärmestromgraphen, die von der Steuervorrichtung 108 durchgeführt oder extern durchgeführt und an die Steuervorrichtung 108 übermittelt werden kann. Dieses Kriterium kann ein maximal zulässiger Wärmestrom zur Vermeidung des Siedens und/oder eine Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl-Drehzahl sein, die erforderlich ist, um unterhalb des maximal zulässigen Wärmestroms zu bleiben. Der fünfte oder Bestimmungsschritt 210 enthält die Bestimmung der Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe in einem Motor-Emissionszyklus, die von der Steuervorrichtung 108 durchgeführt oder extern durchgeführt und an die Steuervorrichtung 108 übermittelt werden kann.
Wie in 8 gezeigt, enthält der zweite oder Berechnungsschritt 204 erneut die Berechnung des Stroms und der Drücke bei reduzierten Drehzahlen einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102 unter Verwendung der Pumpenaffinitätsgesetze, in denen:

● Der Volumenstrom 222 ist linear zur Pumpendrehzahl 220: V̇₁/V̇₂ = ω₁/ω₂
● Der Kopfdruck 224 ist eine quadratische Funktion der Pumpendrehzahl 220: ΔP₁/ΔP₂ = (ω₁/ω₂)²
● Die Pumpenleistung 226 ist eine kubische Funktion der Pumpendrehzahl 220: Hp₁/Hp₂ = (ω₁/ω₂)³

102

204

108

Wie in 9 dargestellt, enthält der dritte oder Interpretationsschritt 206 erneut die Interpretation der Messdaten unter Verwendung von Wärmeübertragungsgleichungen zur Vorhersage von Temperaturen bei reduzierten Drehzahlen der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 102. In diesem Schritt werden konvektive Wärmeübertragungsgleichungen verwendet, um die Temperaturen im gesamten Kühlsystem 100 vorherzusagen. Die spezifische Wärmekapazität und die Flüssigkeitsdichten werden empirisch gemessen. Die Systemkomponenten werden unter Verwendung des Rohrströmungsverhaltens modelliert. 9 zeigt zum Beispiel ein repräsentatives Rohr 228, in dem der Fluidstrom 230 als V x ρ dargestellt ist, und wobei V̇ die volumetrische Strömungsrate und ρ die Fluiddichte ist. Die kalte Temperatur 232 wird als T_cold dargestellt. Die Wärme in 234 wird als Q_in dargestellt. Die heiße Temperatur 236 wird als T_hot dargestellt. Die Konvektionswärmeübertragungsgleichungen werden zur Vorhersage der Temperaturen im gesamten Kühlsystem 100 verwendet:

● $Q_{in} = Cp \times \dot{V} \times ρ \times Δ T$
● $Δ T = T_{hot} - T_{cold}$

206

108

Wie in 10 dargestellt, enthält der vierte oder Festlegungsschritt 208 erneut die Festlegung eines Kriteriums zur Vermeidung des Siedens in Antriebsstrangkomponenten unter Verwendung eines Wärmestromdiagramms 250. Wie bereits erwähnt, kann dieses Kriterium ein maximal zulässiger Wärmestrom sein, um ein Sieden zu verhindern, und/oder eine Drehzahl einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl sein, die erforderlich ist, um unter dem maximal zulässigen Wärmestrom zu bleiben. Wie in der Wärmestromkurve 250 gezeigt, ist der Wärmestrom mit der Wärmestromachse 252 vertikal und der Überhitzungsachse 254 horizontal angeordnet. Es erscheinen sechs Bereiche mit Siedeeigenschaften, wobei:

● Der Bereich I ist durch reine Konvektion durch Grenzflächenverdampfung 256 gekennzeichnet,
● Der Bereich II ist durch kondensierende kernsiedende Blasen 258 gekennzeichnet,
● Der Bereich III ist durch aufsteigende kernsiedende Blasen 260 gekennzeichnet,
● Der Bereich IV ist durch instabiles Filmsieden 262 gekennzeichnet,
● Der Bereich V ist durch stabilisiertes Filmsieden 264 gekennzeichnet, und
● Der Bereich VI ist durch stabilisiertes Sieden 266 gekennzeichnet.

268

Im vierten oder Festlegungsschritt 208 wird daher angenommen, dass sie innerhalb des Bereichs I im Wärmestromgraphen 250 bleiben. Die Siedepunktanalyse wird mit der Antoine-Gleichung für den Dampfdruck abgeschlossen, die dann für die Temperatur gelöst wird:

● ${LOG}_{10} (P) = A - (B/ (C + T))$
● $T = (B/ (A - {LOG}_{10} (P))) - C$

● $A = 7,901,$
● $B = 1691,452, und$
● $C = 229,778$

208

108

Der fünfte oder Bestimmungsschritt 210 enthält erneut die Bestimmung der Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe in einem Motor-Emissionszyklus. Der fünfte oder Bestimmungsschritt 210 verwendet daher die Bernoulli-Höhen-Gleichung (Bernoulli Head Equation), wobei die Pumpengeometrie als fest und Höhenänderungen als vernachlässigbar angesehen werden:

● $H = ((P/ ρ \times g)) +_{out} - ((P/ ρ \times g)) +_{in} \to$
● $H = (P_{out} - P_{in}) / (ρ \times g)$

_Shaft

● ${\dot{W}}_{Pump} = ρ \times g \times \dot{V} \times H$

● $W_{Shaft} = ω \times T_{Shaft}$

● $η_{Pump} = {\dot{W}}_{Pump} {/ \dot{W}}_{Shaft} = (ρ \times g \times \dot{V} \times H) / (ω \times T_{Shaft})$

210

108

11 ist eine grafische Darstellung, wie eine Ausführungsform eines Systems und eines Verfahrens zur Steuerung von Kühlmittelpumpen mit variabler Drehzahl 102 bestimmte Eingaben 302 verwenden kann, um eine ideale Kühlmittelpumpendrehzahl 300 festzulegen, was zu bestimmten Ausgaben 326 führt, einschließlich idealer Kühlmitteltemperaturen 328, idealer Kühlmittelpumpendrücke 330 und eines idealen Kühlmittelpumpenstroms 332. Die Eingaben 302 können, als nicht limitierende Beispiele, den Kühlsystemdruck 304, den Kühlmittelpumpendruck 306, den atmosphärischen Druck 308, den Vorratsbehälterdruck 310, die Motorwärmelast 312, die Motordrehzahl 314, die Motorlast 316, die Hilfswärmelasten 318, die Umgebungsbedingungen 320, die Umgebungstemperaturen 322 und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit 324 enthalten. Die ideale Kühlmittelpumpendrehzahl 300 ist diejenige, die erforderlich ist, um den idealen Kühlmittelpumpenstrom 332 gemäß dem zweiten oder Berechnungsschritt 204 unter Verwendung der Daten aus dem ersten oder Messschritt 202 zu erzeugen. Der ideale Kühlmittelpumpenstrom 332 ist derjenige, der notwendig ist, um gerade den maximal zulässigen Wärmestrom gemäß dem dritten oder Interpretationsschritt 206 unter Verwendung der Daten aus dem ersten oder Messschritt 202 zu ermöglichen. Die idealen Kühlmitteltemperaturen 328 und die idealen Kühlmittelpumpendrücke 330 sind diejenigen, die notwendig sind, um gerade innerhalb des maximal zulässigen Wärmestroms zu bleiben, um ein Sieden zu verhindern, das in dem vierten oder Festlegungsschritt 208 festgelegt wurde.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kühlsystems 400, das ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 426 implementieren kann. Das Kühlsystem 400 verfügt erneut über einen Kühlkreislauf, der eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 426, Kühlkanäle in einem Kurbelgehäuse 404 und einem Zylinderkopf 406, einen AGR-Kühler 410 und einen Hochtemperaturradiator 420 enthält. Der Betrieb des AGR-Kühlers 410 kann mit einem AGR-Ventil 412 gesteuert werden. Die Zirkulation des Kühlmittels kann durch einen ersten Thermostat 414 und/oder einen zweiten Thermostat 416 gesteuert werden. Der Kühlkreislauf kann ferner mit einem Hilfskühler 422 versehen werden. Um ein Ausdehnungsvolumen für das Kühlmittel bei der Erwärmung durch den Motor vorzusehen, kann ein Ausgleichsbehälter 428 vorgesehen werden, der mit einem Ausgleichsbehälterdeckel 430 versehen sein kann, der mit einem Überdruckventil versehen sein kann oder auch nicht. Das Kühlmittel kann beim Ein- und Austritt in die und aus der Motoranordnung durch einen Motoreinlassanschluss 424 und einen Motorauslassanschluss 418 strömen. Zusätzliche Elemente können in den Kühlkreislauf des Kühlsystems 400 einbezogen werden, wie z.B. ein Ölkühler 442, der ein elektrisches Ölkühler-Heizelement 444 aufweist, eine Hilfskomponente 440, wie etwa eine Hilfsenergieeinheit 446, ein erster Heizelementkern 448 und/oder ein zweiter Heizelementkern 450, der ein elektrisches Heizelementkern-Elektro-Heizelement 452, ein oder mehrere Stellglieder 454, ein Hilfs-Kühlmittel-Heizelement 456, ein Kühlmittelfilter 458, ein oder mehrere Hilfsheizelemente 460, ein Modul 462, ein Heizelement 464 und/oder ein Steuerventil 466. Eine Steuervorrichtung 402, die zur Implementierung des Systems und des Verfahrens zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 426 eingerichtet ist, kann vorgesehen werden und (eine) Information(en) von einem oder mehreren Temperatur- oder Drucksensoren 408 erhalten.
13 zeigt einen Graphen 480 einer über das Kühlsystem 400 überlagerten Wärmezufuhr zum Kühlmittel, bei dem 89% der in BTU (British Termin Unit) pro Minute an das Kühlmittel übertragenen Wärme aus drei Komponenten stammt:

● Die Kopf-Gesamtwärmerate 482 beträgt 36,5%;
● Die AGRV-Wärmerate 490 beträgt 32,0%; und
● Die Kurbelgehäuse-Gesamtwärmerate 496 beträgt 20,5%.

Die verbleibenden 11% der an das Kühlmittel übertragenen Wärme stammen, in absteigender Reihenfolge von:

● dem Ölkühler-Wärmerate 486 mit 8,9%;
● der Luftkompressor-Wärmerate 488 mit 0,9 %;
● der AGRC-Wärmerate 494 mit 0,7%;
● der VGT-Stellglied-Wärmerate 484 mit 0,4%; und
● der HC-Dosierer- Wärmerate 492 mit 0,2%.

14A bis 14E zeigen die Hydraulikeinschränkungen 530 der Komponenten, die im ersten oder Messschritt 202, der die Messung der Labor-Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten eines Kühlsystems 502 einer gegebenen Konfiguration enthält, und im zweiten oder Berechnungsschritt 204, der die Berechnung von Strom und Drücken bei reduzierten Drehzahlen der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 enthält, sowie im fünften oder Bestimmungsschritt 210, der die Bestimmung der Leistungseinsparungen der optimierten Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 bei einem Motor-Emissionszyklus enthält, verwendet werden können. Insbesondere sind die Komponenten-Hydraulikeinschränkungen 530 erforderlich, um das Verhalten des Kühlsystems 502 zu modellieren. 14A veranschaulicht eine Ausführungsform eines Kühlsystems 502, für das die Komponenten-Hydraulikeinschränkungen 530 als Teil des Systems und des Verfahrens zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 erhalten werden. Das Kühlsystem 502 weist erneut einen Kühlkreislauf auf, der eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516, Kühlkanäle innerhalb eines Kurbelgehäuses 504 und eines Zylinderkopfes 506, einen AGR-Kühler 508, einen Hochtemperaturradiator 514, einen ersten Thermostat 510, einen zweiten Thermostat 512 und einen Ausgleichsbehälter 518 enthält. Eine Steuervorrichtung 500 steuert die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516. 14B, 14C, 14D und 14E zeigen dann die Zylinderkopfeinschränkung 534, die Kurbelgehäuseeinschränkung 536, die AGRC-Einschränkung 538 und die Heizelementeinschränkung 540 in Abhängigkeit vom Kühlmittelstrom 532. Diese Information(en) kann/können zur Lösung für die Energie der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 verwendet werden:

● ${\dot{W}}_{Pump} = ρ \times g \times \dot{V} \times H = \dot{V} \times Δ P$

542

544

546

502

15A zeigt erneut eine Ausführungsform eines Kühlsystems 502, bei dem die Daten zur Wärmeabgabe des Antriebsstrangs bei verschiedenen Motordrehzahlen und Lasten als Teil des Systems und des Verfahrens zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 erhalten werden. Das Kühlsystem 502 weist erneut einen Kühlkreislauf auf, der eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516, Kühlkanäle innerhalb eines Kurbelgehäuses 504 und eines Zylinderkopfes 506, einen AGR-Kühler 508, einen Hochtemperaturradiator 514, einen ersten Thermostat 510, einen zweiten Thermostat 512 und einen Ausgleichsbehälter 518 enthält. Eine Steuervorrichtung 500 steuert die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516. Der Zylinderkopf 506 erzeugt eine Zylinderkopf-Wärmezufuhr 554, das Kurbelgehäuse 504 erzeugt eine Kurbelgehäuse-Wärmezufuhr 558, der AGR-Kühler 508 erzeugt eine AGR-Kühler-Wärmezufuhr 562 und der Hochtemperaturradiator 51 erzeugt eine Fahrzeugradiator-Wärmeabgabe 566. 15B, 15C und 15D zeigen dann die Zylinderkopf- Wärmeabgabe 556 an das Kühlsystem 502, die Kurbelgehäuse-Wärmeabgabe 560 an das Kühlsystem 502 und die AGR-Kühler- Wärmeabgabe 564 an das Kühlsystem 502 als Funktion der Motordrehzahl 550 und der Motorlast 570. 15E zeigt also die Wärmeabgabe 568 des Fahrzeugradiators an die Umgebung bzw. die Wärmeabgabe 572 des Fahrgestell-Prüfstandes in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit 552.
Die gemessene Temperatur 546 kann direkt aus dem Kühlsystem 502 erhalten werden. Die Motordrehzahl und -belastung kann aus der gemessenen Winkelgeschwindigkeit 574 der Kurbelwelle 520 und dem gemessenen Drehmoment 576 der Kurbelwelle 520 ermittelt werden. Die Zylinderkopf-Wärmeabgabe 556 an das Kühlsystem 502, die Kurbelgehäuse-Wärmeabgabe 560 an das Kühlsystem 502, die AGR-Kühler-Wärmeabgabe 564 an das Kühlsystem 502 und die Fahrzeugradiator-Wärmeabgabe 568 an die Umgebung können bestimmt werden, unter Verwendung von:

● $Q_{in} = Cp \times \dot{V} \times ρ \times Δ T$

556

502

560

502

564

502

568

202

100

206

208

11

516

16A zeigt erneut eine Ausführungsform eines Kühlsystems 502, bei dem die Daten zur Wärmeabfuhr des Antriebsstrangs bei verschiedenen Motordrehzahlen und Lasten als Teil des Systems und des Verfahrens zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 erhalten werden. Das Kühlsystem 502 weist erneut einen Kühlkreislauf auf, der eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516, Kühlkanäle innerhalb eines Kurbelgehäuses 504 und eines Zylinderkopfes 506, einen AGR-Kühler 508, einen Hochtemperaturradiator 514, einen ersten Thermostat 510, einen zweiten Thermostat 512 und einen Ausgleichsbehälter 518 enthält. Eine Steuervorrichtung 500 steuert die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516. Die gemessene Kühlmittelpumpen-Winkelgeschwindigkeit 578 und das gemessene Kühlmittelpumpen-Drehmoment 580 werden zur Bestimmung der Motorkühlmittelpumpen-Leistung 582 verwendet.
Die Motorkühlmittelpumpen-Leistung 582 ist in einem Graphen in 16B dargestellt, wobei die Kühlmittelpumpen-Leistung 586 und der Kühlmittelpumpen-Wirkungsgrad 588 gegen die Kühlmittelpumpen-Drehzahl 584 aufgetragen sind. Die Motorkühlmittelpumpen-Leistung 582 wird vom System und dem Verfahren zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 bei der Modellierung des Verhaltens des Kühlsystems 502 im fünften oder Bestimmungsschritt 210 verwendet, was erneut die Bestimmung der Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe in einem Motor-Emissionszyklus einschließt. 16C zeigt die Kühlsystem-Gesamteinschränkung 590 als Druckabfall 594 als eine Funktion des Kühlmittelstroms 592 und der Motordrehzahl 596. Diese Information(en) kann/können erneut im ersten oder Messschritt 202, der die Messung der Labor-Wärmeabgabe und Hydrauliksystem-Leistungsdaten eines Kühlsystems 502 einer gegebenen Konfiguration enthält, und im zweiten oder Berechnungsschritt 204, der die Berechnung von Strom und Drücken bei reduzierter Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 enthält, sowie im fünften oder Bestimmungsschritt 210, der die Bestimmung der Leistungseinsparungen der optimierten Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 in einem Motor-Emissionszyklus enthält, verwendet werden.
17 zeigt ein Kühlsystem-Simulationsmodell 600, das von einer Ausführungsform des Systems und dem Verfahren zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 im dritten oder Interpretationsschritt 206 verwendet werden kann, der die Interpretation der gemessenen Daten unter Verwendung von Wärmeübertragungsgleichungen zur Vorhersage von Temperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen enthält. Das Kühlsystemsimulationsmodell 600 interpretiert die Messdaten unter Verwendung von Wärmeübertragungsgleichungen, um Temperaturen und Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen vorherzusagen. Das in 17 gezeigte Kühlsystemsimulationsmodell 600 ist natürlich nur in einem Anfangszustand dargestellt. Im Anfangszustand sind die Motorbedingungen 612 des Motormodells 610 so, dass die Motordrehzahl 614 1000 U/min beträgt, der prozentuale Anteil 616 der Motorlast 100% beträgt, die Reduzierung der Kühlmittelpumpendrehzahl als % der Motordrehzahl 618 100% beträgt, so dass die Pumpe mit dem festen Verhältnis 620 von 1,73 arbeitet. Dies bedeutet, dass die Pumpendrehzahl 622 1730 U/min beträgt. Der Flaschendruck 624 beträgt 10 Psi (Psi, Pound per square inch, Pfund pro Quadratzoll).
Das Kühlsystemmodell 630 des Kühlsystemsimulationsmodells 600 beginnt damit, dass die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 632 ein Kühlmittelpumpen-Kühlmittel unter den Bedingungen 634 von 188,4° F und 10,0 Psi aufweist. Die Kühlmittelpumpen-Kühlmittelaustrittsbedingungen 636 sind 188,4° F und 21,6 Psi. Der Zylinderkopf 638 weist ein Zylinderkopfkühlmittel bei Bedingungen 642 von 188,4° F und 19,9 Psi auf. Das Kurbelgehäusekühlmittel unter den Bedingungen 650 des Kurbelgehäuses 646 ist das gleiche wie das Zylinderkopfkühlmittel unter den Bedingungen 642. Der Zylinderkopf 638 erfährt die Zylinderkopfwärme-Eintrittsbedingungen 640 von 4044 BTU, die auf ein Kühlmittel mit einer spezifischen Wärmekapazität von 0,81 BTU/°F, einer Dichte von 8,7 lb/gal (Pfund/Gallone) und einer Strömungsrate von 28,8 GPM (Gallonen pro Minute) übertragen wird. Das Kurbelgehäuse 646 erfährt eine Kurbelgehäusewärme-Eintrittsbedingungen 648 von 1186 und eine Strömungsrate von 28,2 GPM. Die Zylinderkopf-Kühlmittelaustrittsbedingungen 644 sind dann 208,1° F und 17,4 Psi, und die Kurbelgehäuse-Kühlmittelaustrittsbedingungen 652 sind 194,3° F und 19,1 Psi.
Die AGR-Kühlmittel-Eintrittsbedingungen 658 des AGR 654 sind 194,3° F und 18,2 Psi, und die AGR-Wärme-Eintrittsbedingungen 656, die vom AGR 654 erfahren werden sind 880 BTU und die Strömungsrate beträgt 57 GPM. Daraus ergeben sich die AGR-Kühlmittelaustrittsbedingungen 660 von 196,4° F und 14,7 Psi. Das Radiatormodell 670 des Kühlsystemsimulationsmodells 600 zeigt also, dass der Radiator Radiatorkühlmittel-Eintrittsbedingungen 674 von 205,0° F und 10,7 Psi aufweist. Der Radiator erfährt eine Radiatorwärmeaustrittsbedingungen 672 von 9409,5 BTU, die von einem Kühlmittel mit einer spezifischen Wärmekapazität von 0,79 BTU/°F, einer Dichte von 8,8 lb/gal und einer Strömungsrate von 81,5 GPM übertragen wird. Daraus ergeben sich die Radiator-Kühlmittelaustrittsbedingungen 676 von 188,4°F und 10,0 Psi.
18B, 19A und 19B zeigen die Ergebnisse oder Schlussfolgerungen von Berechnungen der Siedegrenze unter Motorbedingungen von 1400 U/min bei 80% Motorlast, 1700 U/min bei 100% Motorlast bzw. 1700 U/min bei 20% Motorlast. Der folgende Fall wurde untersucht, um die unabhängigen Variablen im Modell festzulegen:

● Das Fahrzeug fährt mit 65 Meilen pro Stunde, d.h. - verfügt über eine feste Radiator- Wärmeabgabe. Dies ist eine typische Geschwindigkeitsbegrenzung für Lastwagen im Linienverkehr in den Vereinigten Staaten.
● Das Fahrzeug fährt auf Meereshöhe, wo der atmosphärische Druck 1 Bar beträgt.
● Die Motorthermostattemperatur 720 ist auf eine Betriebstemperatur von 200 °F festgelegt. Dies ist eine übliche vollständig offene Position des Motorthermostats.
● Der Kühlsystem-Ausgleichsflaschendruck 724 beträgt 10 PSIg (pounds-force per square inch gauge, Pfund pro Quadratzoll (Überdruck)). Dies ist ein üblicher Kühlsystem-Ausdehnungsflaschen-Betriebsdruck bei 200 °F Betriebstemperatur.
● Der minimal erforderliche Spielraum für das Kernsieden ist auf 20 °F festgelegt.
● Die Mindestdrehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl beträgt 30% ihrer vollen Betriebsgeschwindigkeit.

Als Referenz zeigt 18A erneut eine Ausführungsform eines Kühlsystems 502, bei dem die Antriebsstrang-Wärmeabgabedaten bei verschiedenen Motordrehzahlen und -lasten als Teil des Systems und des Verfahrens zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 erhalten werden. Das Kühlsystem 502 weist erneut einen Kühlkreislauf auf, der eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516, Kühlkanäle innerhalb eines Kurbelgehäuses 504 und eines Zylinderkopfes 506, einen AGR-Kühler 508, einen Hochtemperaturradiator 514, einen ersten Thermostat 510, einen zweiten Thermostat 512 und einen Ausgleichsbehälter 518 enthält. Eine Steuervorrichtung 500 steuert erneut die Drehzahl 578 der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516. Der Zylinderkopf 506 erzeugt eine Zylinderkopf-Wärmezufuhr 554, das Kurbelgehäuse 504 erzeugt eine Kurbelgehäuse-Wärmezufuhr 558, der AGR-Kühler 508 erzeugt eine AGR-Kühler-Wärmezufuhr 562 und der Hochtemperatur-Radiator 51 erzeugt eine Fahrzeugradiator-Wärmeabgabe 566. Es werden neun Messstellen gezeigt:

● Messstelle 1, Kühlmittelpumpen-Auslass 700.
● Messstelle 2, Motor-Einlass 702.
● Messposition 3, Zylinderkopf-Auslass 704.
● Messstelle 4, Kurbelgehäuse-Auslass 706.
● Messstelle 5, AGR-Einlass 708.
● Messstelle 6, AGR-Auslass 710.
● Messstelle 7, Radiator-Einlass 712.
● Messstelle 8, Radiator-Auslass 714.
● Messstelle 9, Kühlmittelpumpen-Einlass 716.

Der Siedebereich 718 ist also in den 18B, 19A und 19B als Funktion der Kühlmittelpumpen-Drehzahlreduzierung bei % der Motordrehzahl 618 dargestellt. Aus diesen Abbildungen ist ersichtlich, dass beispielsweise die Siedegrenze am Zylinderkopfauslass 704 bei reduzierter Drehzahl 578 der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 abnimmt, die Siedegrenze am Radiatoreinlass 712 bei reduzierter Motorlast zunimmt und die Siedegrenze bei deutlich reduzierter Drehzahl 578 der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 bei niedriger Motorlast zunimmt.
Die 20A, 20B und 21A bis 21D zeigen die Anwendung von Drehzahlreduzierungen 812 einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, die aus der Interpretation der Siedergebnisse ermittelt wurden, was Teil des fünften oder Bestimmungsschrittes 210 ist, der die Bestimmung der Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe in einem Motor-Emissionszyklus enthält. 20A und 21A sind Graphen des Leistungsbedarfs einer herkömmlichen Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von Motordrehzahl und -last 800, wobei die Leistung als Funktion der Motorlast 808 und der Motordrehzahl 810 dargestellt ist. 21B ist ein Graph des zulässigen Drehzahlreduktionsverhältnisses, das aus der Interpretation der Siedeergebnisse 802 bestimmt wurde, ist ebenfalls als Funktion der Motorlast 808 und der Motordrehzahl 810 graphisch dargestellt. 20B und 21C sind Graphen des optimierten Leistungsbedarfs einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl in Abhängigkeit von Motordrehzahl und -last 804, erneut als Funktion der Motorlast 808 und der Motordrehzahl 810. 21D ist ein Graph der Leistungseinsparungen einer Kühlmittelpumpe als % des Leistungsbedarfs 806 einer herkömmlichen Pumpe. Die Leistungseinsparungen durch reduzierte Pumpendrehzahlen werden entsprechend der Beziehung zwischen Leistung und Pumpendrehzahl berechnet:

● ${Hp}_{1} {/Hp}_{2} = {(ω_{1} / ω_{2})}^{3}$

516

814

22 zeigt die Leistungsberechnungen 900 der SET-Zyklus-Kühlmittelpumpe, die bei der Berechnung der Leistungseinsparungen durch reduzierte Drehzahlen 578 der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 516 als Teil des fünften oder des Bestimmungsschritts 210 durchgeführt wurden, der die Bestimmung der Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe 516 in einem Motor-Emissionszyklus enthält. Der SET-Zyklus 902 wird von der US-EPA definiert und enthält 22 Schritte 904, in denen die Motordrehzahl 906, das Schwungraddrehmoment 908 und die Schrittdauer 910 bestimmt werden . Die Motorleistung 912, einschließlich der direkten Motorleistung 914 und der gewichteten Motorleistung 916, kann aus der Motordrehzahl 906, dem Schwungraddrehmoment 908 und der Schrittdauer 910 abgeleitet werden. Die herkömmlichen Kühlmittelpumpenparameter 918 enthalten die herkömmliche Kühlmittelpumpendrehzahl 920, die von der Motordrehzahl 906 abgeleitet werden kann. Die direkte herkömmliche Kühlmittelpumpenantriebsleistung 922 leitet sich dann von der herkömmlichen Kühlmittelpumpendrehzahl 920 ab, und die gewichtete herkömmliche Kühlmittelpumpenantriebsleistung 924 leitet sich von der herkömmlichen Kühlmittelpumpendrehzahl 920 und der Schrittdauer 910 ab. Die Parameter der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl 926 enthalten das optimierte variable Drehzahlverhältnis 928, wie es im ersten oder Messschritt 202, im zweiten oder Berechnungsschritt 204, im dritten oder Interpretationsschritt 206 und im vierten oder Festlegungsschritt 208 bestimmt wurde. Aus dem optimierten variablen Drehzahlverhältnis 928 und der Motordrehzahl 906 kann die Kühlmittelpumpendrehzahl bei optimiertem variablen Drehzahlverhältnis 930 abgeleitet werden. Die Kühlmittelpumpenleistung bei dem optimierten variablen Drehzahlverhältnis 932 ergibt sich dann aus der Kühlmittelpumpendrehzahl bei optimiertem variablen Drehzahlverhältnis 930, und die gewichtete Antriebsleistung 934 der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl ergibt sich aus der Kühlmittelpumpendrehzahl bei optimiertem variablen Drehzahlverhältnis 930 und der Schrittdauer 910.
23A zeigt also die berechneten Ergebnisse der Leistung 950 einer herkömmlichen Kühlmittelpumpe, einschließlich der durchschnittlichen Zyklusleistung 952 einer herkömmliche Pumpe, der durchschnittlichen Zyklusleistung 954 eines Motors und der Leistung in % der Motorleistung 956 einer herkömmlichen Pumpe. 23B zeigt die berechneten Ergebnisse 960 der optimierten Leistung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, einschließlich der durchschnittlichen optimierten Zyklusleistung 962 der Pumpe mit variabler Drehzahl, der berechneten Leistungseinsparung 964 der Pumpe mit variabler Drehzahl, der optimierten Leistung bei variabler Drehzahl als Prozentsatz 966 der durchschnittlichen Motorleistung und der Zyklus-Leistungseinsparung als Prozentsatz 968 im Vergleich zur herkömmlichen Kühlmittelpumpe.
Während die Strategie zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl sowie Systeme und Verfahren zur Umsetzung der Strategie zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl im Hinblick auf mindestens eine Ausführungsform beschrieben wurden, können die Strategie zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl sowie Systeme und Verfahren zur Umsetzung der Strategie zur Steuerung einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, wie zuvor gezeigt wurde, im Sinne und im Rahmen dieser Offenlegung weiter modifiziert werden. Diese Anwendung soll daher alle Variationen, Verwendungen oder Anpassungen des Systems und des Verfahrens unter Verwendung seiner allgemeinen Prinzipien abdecken. Des Weiteren soll diese Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenlegung abdecken, die in die bekannte oder übliche Praxis in dem Fachbereich, auf das sich die Offenlegung bezieht, fallen und die innerhalb der Grenzen der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Fahrzeug, das einen Motor und ein Kühlsystem aufweist, umfassend: einen Kühlkreislauf; eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl; eine Steuervorrichtung, die mindestens eines ist: gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems einbeziehend, und eingerichtet, um von einer externen Quelle gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems zu erhalten; wobei die Steuervorrichtung ferner mindestens eines ist: eingerichtet, um den Kühlmittelstrom und die Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu berechnen, und eingerichtet, um von einer externen Quelle berechnete Kühlmittelströme und Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu erhalten; wobei die Steuervorrichtung ferner mindestens eines ist: eingerichtet, um die Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen vorherzusagen, und eingerichtet, um von einer externen Quelle die vorhergesagten Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen zu empfangen; wobei die Steuervorrichtung ferner mindestens eines ist: eingerichtet, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um das Sieden des Kühlmittels zu vermeiden; und eingerichtet, um von einer externen Quelle einen festgelegten maximal zulässigen Wärmestrom zu erhalten, um das Sieden des Kühlmittels zu verhindern; und die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl zu optimieren, um zu verhindern, dass das Kühlmittel den maximal zulässigen Wärmestrom überschreitet.
Fahrzeug von Anspruch 1, wobei: die Steuervorrichtung ferner mindestens eines ist: eingerichtet, um die Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe zu bestimmen und eingerichtet, um die Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe an eine externe Quelle zu senden.
Fahrzeug von Anspruch 2, wobei: wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um die Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe über einen Motor-Emissionszyklus zu bestimmen.
Fahrzeug von Anspruch 1, wobei: die Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems mindestens eines der folgenden enthalten: Komponenten-Hydraulikeinschränkungen, Kühlmittelpumpen-Leistung, Zylinderkopf-Wärmeabgabe an das Kühlsystem, Kurbelgehäuse-Wärmeabgabe an das Kühlsystem, AGR-Kühler-Wärmeabgabe an das Kühlsystem und Fahrzeugradiator-Wärmeabgabe an die Umwelt.
Fahrzeug von Anspruch 1, wobei: wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um den Strom und die Drücke bei reduzierten Wasserpumpendrehzahlen unter Verwendung der Pumpenaffinitätsgesetze zu berechnen; wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um die Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen vorherzusagen, indem sie die gemessenen Daten unter Verwendung von Wärmeübertragungsgleichungen interpretiert; und wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um ein Sieden des Kühlmittels unter Verwendung mindestens eines Wärmestromgraphen zu vermeiden.
Fahrzeug von Anspruch 5, wobei: die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um das Sieden des Kühlmittels zu vermeiden, indem es in einem Bereich gehalten wird, der durch reine Konvektion durch Grenzflächenverdampfung charakterisiert ist, oder einen Bereich, der durch kondensierende kernsiedende Blasen charakterisiert ist.
Fahrzeug von Anspruch 5, wobei: die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um das Sieden des Kühlmittels an mindestens einer der folgenden Stellen zu vermeiden: an einer ersten Messstelle am Kühlmittelpumpen-Auslass, an einer zweiten Messstelle am Motor-Einlass, an einer dritten Messstelle am Zylinderkopf-Auslass, an einer vierten Messstelle am Kurbelgehäuse-Auslass, an einem fünften Messstelle am AGR-Einlass, an einem sechsten Messstelle am AGR-Auslass, an einer siebten Messstelle am Radiator-Einlass, an einer achten Messstelle am Radiator-Auslass und an einer neunten Messstelle an dem Kühlmittelpumpen-Einlass.
Fahrzeug von Anspruch 1, wobei: die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl mindestens eines ist: stufenlos variabel und inkrementell variabel.
Kühlsystem eines Fahrzeugs, das einen Motor aufweist, umfassend: einen Kühlkreislauf; eine Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl; eine Steuervorrichtung, die mindestens eines ist: gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems einbeziehend, und eingerichtet, um von einer externen Quelle gemessene Wärmeabgabe- und Hydraulik-Leistungsdaten des Kühlsystems zu erhalten; wobei die Steuervorrichtung ferner mindestens eines ist: eingerichtet, um den Kühlmittelstrom und die Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu berechnen, und eingerichtet, um von einer externen Quelle berechnete Kühlmittelströme und Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu erhalten; wobei die Steuervorrichtung ferner mindestens eines ist: eingerichtet, um die Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen vorherzusagen, und eingerichtet, um die von einer externen Quelle vorhergesagten Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen zu empfangen; wobei die Steuervorrichtung ferner mindestens eines ist: eingerichtet, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um das Sieden des Kühlmittels zu vermeiden; und eingerichtet, um von einer externen Quelle einen festgelegten maximal zulässigen Wärmestrom zu erhalten, um das Sieden des Kühlmittels zu verhindern; und wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um die Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl zu optimieren, um zu verhindern, dass das Kühlmittel den maximal zulässigen Wärmestrom überschreitet.
Kühlsystem von Anspruch 9, wobei: die Steuervorrichtung ferner mindestens eines ist: eingerichtet, um die Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe zu bestimmen, und eingerichtet, um die Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe an eine externe Quelle zu senden.
Kühlsystem von Anspruch 10, wobei: die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um die Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe über einen Motor-Emissionszyklus zu bestimmen.
Kühlsystem von Anspruch 9, wobei: die Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems, mindestens eines der folgenden enthalten: Komponenten-Hydraulikeinschränkungen, Kühlmittelpumpen-Leistung, Zylinderkopf-Wärmeabgabe an das Kühlsystem, Kurbelgehäuse-Wärmeabgabe an das Kühlsystem, AGR-Kühler-Wärmeabgabe an das Kühlsystem und Fahrzeugradiator-Wärmeabgabe an die Umwelt.
Kühlsystem von Anspruch 9, wobei: wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um den Strom und die Drücke bei reduzierten Wasserpumpendrehzahlen unter Verwendung der Pumpenaffinitätsgesetze zu berechnen; wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um die Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen vorherzusagen, indem sie die gemessenen Daten unter Verwendung von Wärmeübertragungsgleichungen interpretiert; und die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um unter Verwendung mindestens eines Wärmestromgraphen ein Sieden des Kühlmittels zu vermeiden.
Kühlsystem von Anspruch 13, wobei: die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um das Sieden des Kühlmittels zu vermeiden, indem es in einem Bereich gehalten wird, der durch reine Konvektion durch Grenzflächenverdampfung gekennzeichnet ist, oder einen Bereich, der durch kondensierende kernsiedende Blasen gekennzeichnet ist.
Kühlsystem von Anspruch 13, wobei: die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um zur Vermeidung des Siedens des Kühlmittels einen maximal zulässigen Wärmestrom an mindestens einer der folgenden Stellen festzulegen: an einer ersten Messstelle an dem Kühlmittelpumpen-Auslass, an einer zweiten Messstelle am Motor-Einlass, an einer dritten Messstelle am Zylinderkopf-Auslass, an einer vierten Messstelle am Kurbelgehäuse-Auslass, an einer fünften Messstelle bei AGR-Einlass, an einer sechsten Messstelle bei AGR-Auslass, an einer siebten Messstelle am Radiator-Einlass, an einer achten Messstelle am Radiator-Auslass und an einer neunten Messstelle am Kühlmittelpumpen-Einlass.
Kühlsystem von Anspruch 9, wobei: die Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl mindestens eines der folgenden ist: stufenlos variabel und inkrementell variabel.
Verfahren zur Kühlung des Motors eines Fahrzeugs, das die folgenden Schritte umfasst: erstens, das Vorsehen eines Kühlkreislaufs; zweitens, das Vorsehen einer Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl; drittens, mindestens eines der folgenden: Einbeziehen von gemessenen Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems innerhalb einer Steuervorrichtung, und Einrichten der Steuervorrichtung, um von einer externen Quelle gemessene Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems zu erhalten; viertens, Einrichten der Steuervorrichtung, um mindestens eines der folgenden durchzuführen: den Kühlmittelstrom und die Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu berechnen, und von einer externen Quelle berechnete Kühlmittelströme und Drücke bei reduzierten Kühlmittelpumpendrehzahlen zu erhalten; fünftens, Einrichten der Steuervorrichtung, um mindestens eines der folgenden durchzuführen: die Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen vorherzusagen und die von einer externen Quelle vorhergesagten Kühlmitteltemperaturen bei den reduzierten Wasserpumpendrehzahlen zu erhalten; sechstens, Einrichten der Steuervorrichtung, um mindestens eines der folgenden durchzuführen: einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um das Sieden des Kühlmittels zu vermeiden; und einen von einer externen Quelle festgelegten maximal zulässigen Wärmestrom zu erhalten, um das Sieden des Kühlmittels zu verhindern; und siebtens, Einrichten der Steuervorrichtung zur Optimierung der Drehzahl der Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, um zu verhindern, dass das Kühlmittel den maximal zulässigen Wärmestrom überschreitet.
Verfahren des Anspruchs 17, ferner den Schritt umfassend: Einrichten der Steuervorrichtung, um mindestens eines der folgenden durchzuführen: die Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe in einem Motor-Emissionszyklus zu bestimmen und Leistungseinsparungen der drehzahloptimierten Kühlmittelpumpe in einem Motor-Emissionszyklus an eine externe Quelle zu senden.
Verfahren von Anspruch 17, wobei: die Wärmeabgabe- und Hydrauliksystem-Leistungsdaten des Kühlsystems, eines der folgenden enthalten: Komponenten-Hydraulikeinschränkungen, Kühlmittelpumpen-Leistung, Zylinderkopf-Wärmeabgabe an das Kühlsystem, Kurbelgehäuse-Wärmeabgabe an das Kühlsystem, AGR-Kühler-Wärmeabgabe an das Kühlsystem und Fahrzeugradiator-Wärmeabgabe an die Umwelt.
Verfahren des Anspruchs 17, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Einrichten der Steuervorrichtung, um unter Verwendung mindestens eines Wärmestromgraphen einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um ein Sieden des Kühlmittels zu vermeiden; und ferner Einrichten der Steuervorrichtung, um einen maximal zulässigen Wärmestrom festzulegen, um das Sieden des Kühlmittels zu vermeiden, indem es in einem Bereich, der durch reine Konvektion durch Grenzflächenverdampfung gekennzeichnet ist oder einem Bereich, der durch kondensierende kernsiedende Blasen gekennzeichnet ist, gehalten wird.