DE19719792A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur eines Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Regulierung der Temperatur eines beliebigen fe­ sten, flüssigen oder gasförmigen Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 3. Bei derartigen Verfahren und Vorrich­ tungen wird die zu regulierende Temperatur in geeigneter Wei­ se durch wenigstens zwei energieverbrauchende Aggregate, z. B. Kühlgebläse, Zirkulationspumpen eines Kühl- oder Heizkreis­ laufs, Kältekompressoren etc. so beeinflußt, daß die Tempera­ tur in der jeweils gewünschten Weise reguliert wird, z. B. auf einen gewünschten Sollwert eingeregelt wird. Das Medium, des­ sen Temperatur reguliert werden soll, kann insbesondere ein flüssiges/gasförmiges Kühl- oder Kältemittel einer Kühl- bzw. Klimaanlage oder ein Heizfluid eines Heizkreislaufs, jedoch auch irgendein Bauteil sein, dessen Temperatur auf einem be­ stimmten Wert oder innerhalb eines bestimmten Bereichs gehal­ ten werden soll. Ein mögliches Anwendungsgebiet ist die Rege­ lung der Kühlwassertemperatur eines wassergekühlten Kraft­ fahrzeugmotors oder die Regelung der Temperatur des Motors selbst, d. h. des Motorblocks, oder kritischer Stellen im Mo­ tor, wie z. B. die Temperatur des Ventilsteges.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind zur Rege­ lung der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors, ins­ besondere eines solchen in einem Kraftfahrzeug, in der Pa­ tentschrift DE 195 08 102 C1 beschrieben, wobei als energie­ verbrauchende, temperaturbeeinflussende Aggregate mindestens eine Kühlmittelpumpe und ein Kühlgebläse vorhanden sind. Ein Steuergerät regelt die Kühlmitteltemperatur auf einen vorgeb­ baren Sollwert durch entsprechende Einstellung der Drehzahl von Pumpe und Gebläse. Dabei vergleicht das Steuergerät die durch den Betrieb der Kühlmittelpumpe einerseits und denjeni­ gen des Gebläses andererseits bedingten zeitlichen Wirkungs­ grade für die Wärmeübertragung zwischen dem Gebläseluftstrom und dem Kühlmittel an einem Kühlermodul. Zu diesem Zweck wird eine Gradientenmethode angewendet, indem der Wärmeübertra­ gungskoeffizient für das Kühlermodul ermittelt wird und die partiellen Ableitungen des Koeffizienten einerseits nach dem von der Pumpe erzeugten Kühlmittelstrom und andererseits nach dem vom Gebläse erzeugten Luftstrom gebildet und als Maß für den jeweiligen zeitlichen Wirkungsgrad herangezogen werden. Diese zeitlichen Wirkungsgrade werden dadurch ausgewertet, daß in der jeweiligen Betriebssituation ausgehend vom momen­ tanen Betriebspunkt des Kühlmittelkreislaufs schrittweise nach einem eventuell günstigeren Betriebspunkt gesucht wird, indem die Quotienten von zeitlichem Wirkungsgrad zu Lei­ stungsverbrauch für Gebläse und Pumpe verglichen werden und je nachdem, welcher Quotient größer ist, der Luftstrom oder der Kühlmittelstrom erhöht wird. Bekanntermaßen können derar­ tige Gradientenmethoden nicht gewährleisten, daß der absolut günstigste Betriebspunkt erreicht wird, da auch ein nur lokal günstigster Betriebspunkt einen für diese Methode stabilen Punkt darstellt.

Es ist allgemein bekannt, bei Systemen mit zwei leistungsver­ brauchenden Komponenten, mit denen eine bestimmte physikali­ sche Größe beeinflußt werden kann, im zugehörigen Leistungs­ diagramm Kennlinien jeweils konstanten Wertes der physikali­ schen Größe zu ermitteln und für den jeweiligen Momentanwert der physikalischen Größe durch Tangentenbildung den zugehöri­ gen Punkt minimalen Gesamtleistungsaufwands für die beiden Komponenten zu bestimmen. In dem Konferenzbeitrag P. Ambros und U. Essers, Simulation program for design and optimization of engine cooling systems for motor cars, ISATA-Tagung, 13. 09. 1993 bis 17. 09. 1993, Aachen ist dies für einen Kühlmit­ telkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors dahingehend beschrie­ ben, daß für eine gegebene Kühlmitteltemperatur die minimale Summe des Leistungsverbrauchs eines Kühlluftgebläses einer­ seits und einer Kühlwasserpumpe andererseits aufgesucht wird. Dazu werden im zweidimensionalen Leistungsdiagramm von Geblä­ se und Pumpe die Kennlinien konstanter Kühlmitteltemperatur ermittelt und dann durch Tangentenbildung mit der Gerade kon­ stanter Gesamtleistung als Tangente der Punkt minimaler Ge­ samtleistung für die gegebene Kühlmitteltemperatur bestimmt. Dabei kann jede Kennlinie konstanter Kühlmitteltemperatur sy­ stemzustandsabhängig, d. h. abhängig von den Fahrzustandspara­ metern, wie Außentemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motor­ last etc. variieren.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art zugrunde, mit denen sich die Mediumtemperatur mit verhältnismäßig geringem Echtzeit-Rechenaufwand in jedem Sy­ stembetriebszustand zuverlässig mit dem geringstmöglichen Energieverbrauch regulieren, insbesondere gesteuert oder ge­ regelt auf einem bestimmten Sollwert halten läßt.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 und der für dessen Durch­ führung geeigneten Vorrichtung nach Anspruch 3 wird die Lei­ stung jedes der zur Beeinflussung der zu regulierenden Tempe­ ratur vorgesehenen, energieverbrauchenden Aggregate gemäß ei­ nes vorab bestimmten, energieminimalen Kennfeldes einge­ stellt, das für jeden Systemzustand, einschließlich einem je­ weiligen Sollwert der zu regulierenden Temperatur, den Be­ triebspunkt des absolut minimalen Gesamtenergieverbrauchs der energieverbrauchenden Aggregate angibt. Durch dieses vorab ermittelte Kennfeld steht der die Temperaturregulierung durchführenden Steuereinheit nach sensorischer Erfassung des momentanen Systemzustands sofort die Information über den in diesem Zustand energieminimalen Betriebspunkt für die ener­ gieverbrauchenden Aggregate zur Verfügung, wobei es sich stets um ein absolutes Energieminimum handelt. Dies ermög­ licht ein vergleichsweise rasches Reagieren der Temperaturre­ gulierung auf Änderungen des Systemzustands. Durch diese glo­ bale Energieminimierungsmethode ist gewährleistet, daß der eingestellte Betriebspunkt nicht nur einem lokalen, sondern dem absoluten Energieminimum beim betreffenden Systemzustand entspricht.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren ist eine Überprüfung des vorab ermittelten energieminimalen Kennfeldes in bestimmten Zeitabständen vorgesehen, indem für wenigstens einen Referenz-Systemzustand eine Energieminimumbestimmung nach der oben erwähnten, herkömmlichen Tangentenmethode durchgeführt wird, bei der nach Erfassen des momentanen Sy­ stemzustands die zum Sollwert der zu regulierenden Temperatur gehörige Isotherme im Leistungs- bzw. Energieverbrauchsdia­ gramm der energieverbrauchenden Aggregate ermittelt und dann die zugehörige Tangente bzw. Tangentenebene konstanten, mini­ malen Gesamtenergieverbrauchs bestimmt wird. Das so aufgefun­ dene Energieverbrauchsminimum wird mit dem im Kennfeld für den betreffenden Referenz-Systemzustand abgelegten Energie­ verbrauchsminimum verglichen, woraufhin das Kennfeld je nach Vergleichsergebnis geeignet korrigiert werden kann.

Eine nach Anspruch 4 weitergebildete Vorrichtung dient zur Regulierung der Kühlmitteltemperatur eines Kühlkreislaufs, z. B. für einen Kraftfahrzeugmotor, und beinhaltet ein oder mehrere energieverbrauchende, die Kühlmitteltemperatur beein­ flussende Aggregate in Form einer leistungsregelbaren Kühl­ kreislaufpumpe und/oder eines leistungsregelbaren Lüfters, mit dessen Kühlluftstrom ein Kühler des Kühlkreislaufs beauf­ schlagbar ist. Über die Steuereinheit werden die Pumpe und/oder der Lüfter so betrieben, daß einerseits die Kühlmit­ teltemperatur in der gewünschten Weise reguliert wird und an­ dererseits der Gesamtenergieverbrauch der temperaturbeein­ flussenden Aggregate minimal ist.

Eine nach Anspruch 5 weitergebildete Vorrichtung dient zur Regulierung der Kühlmitteltemperatur eines in einem Kraft­ fahrzeug vorgesehenen Kühlkreislaufs, z. B. zur Kühlung eines Verbrennungsmotors, und beinhaltet als eines der leistungs­ verbrauchenden Aggregate eine Jalousie, mit welcher der Durchsatz eines Staudruck-Kühlluftstroms für einen Kühler des Kühlkreislaufs mit fahrleistungsbeeinflussender Auswirkung auf den Luftwiderstand des Fahrzeugs variabel einstellbar ist. Der auf die Jalousie bezogene Leistungsverbrauch resul­ tiert dabei nicht primär aus dem Kraftaufwand zur Betätigung derselben, sondern daraus, daß je nachdem, wieviel Luft aus dem sich mit höherer Fahrzeuggeschwindigkeit zunehmend aus­ bildenden Staudruckbereich als Kühlluftstrom für den Kühler abgezogen wird, der Luftwiderstand und damit der zur Fortbe­ wegung des Fahrzeugs benötigte Energieaufwand schwankt. Durch den Einsatz der Jalousie läßt sich somit auch im Bereich hö­ herer Fahrgeschwindigkeiten, in welchem die Kühlluftanströ­ mung für den Kühler durch den Staudruck bewirkt werden kann, ohne daß hierzu ein Lüfter aktiviert werden muß, eine hin­ sichtlich minimalem Gesamtenergieverbrauch optimierte Regu­ lierung der Kühlmitteltemperatur erreichen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Kühlwasserkreislaufssystems zur Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors, das eine Vor­ richtung zur Regelung der Kühlwassertemperatur um­ faßt, und

Fig. 2 ein in einer Steuereinheit des Systems von Fig. 1 verwendetes Leistungsdiagramm für eine Kühlwasserpum­ pe, einen Lüfter und eine Jalousie des Systems von Fig. 1 mit einem energieminimalen Betriebspunkt-Kennfeld.

Fig. 1 zeigt einen Kühlwasserkreislauf für die Kühlung eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors 1 sowie für sekundäre Kühl­ zwecke, wie Ladeluftkühlung. Zur Zirkulation des Kühlwassers dient eine in ihrer Leistung regelbare Kühlwasserpumpe 2. Das aus dem Motor 1 austretende Kühlwasser gelangt über einen sich verzweigenden, geeignete Steuerventile enthaltenden Lei­ tungsabschnitt 3 zu verschiedenen Kühlereinheiten des Kühl­ kreislaufs. Ein Teil des Kühlwassers wird dabei über einen Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 geführt. Je nach Stellung eines zugehörigen Ventils 5 wird ein weiterer Teil des Kühl­ wassers entweder durch einen Haupt-Kühlmittelkühler 6 hin­ durch oder über eine Bypassleitung 7 an diesem vorbeigeführt. Das den Haupt-Kühlmittelkühler 6 verlassende Kühlwasser und das über die Bypassleitung 7 geführte Kühlwasser gelangen über eine Rückleitung 8, in der die Kühlwasserpumpe 2 liegt, wieder zum Motor 1.

Das aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 austretende Kühlwasser und ein weiterer, von dem vom Motor 1 abführenden Leitungsabschnitt 3 abgezweigter Teil des Kühlwassers gelan­ gen zu einem aus fünf Ventilen bestehenden Ventilkomplex 9, mit dem der eine und/oder der andere dieser beiden Kühlwas­ seranteile steuerbar einem Ölkühler 10 und/oder einem Lade­ luftkühler 11 zuführbar sind. Stromabwärts dieser beiden Küh­ ler 10, 11 vereinigen sich die zugehörigen Kühlwasserströme wieder und gelangen über eine Leitung 12 in die Rückleitung 8 vor der Kühlwasserpumpe 2. Der Ölkühler 10 wird andererseits von zu kühlendem Motoröl durchströmt, das zwischen ihm und dem Motor 1 zirkuliert. Im Ladeluftkühler 11 wird die von ei­ nem Turbolader 13 kommende Ladeluft gekühlt und anschließend dem Motor 1 zugeführt. Die Motorabgase werden über einen le­ diglich angedeuteten Abgasstrang 14 abgeführt.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich, sind der Niedertemperatur Kühlmittelkühler 4 und der Haupt-Kühlmittelkühler 6 Teil ei­ nes Kühlerblocks, der von einem Kühlluftstrom 15 beaufschlag­ bar ist und als weitere Komponenten eine luftdurchsatzregeln­ de Jalousie 16, einen in seiner Leistung regelbaren Lüfter 17 und einem Kondensator 18 einer hier nicht weiter interessie­ renden Klimaanlage umfaßt. Der Kondensator 18 bildet zusammen mit dem seitlich davon angeordneten Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 eine in Luftströmungsrichtung vordere Kühleinheit, welcher der Haupt-Kühlmittelkühler 6, die Jalou­ sie 16 und der leistungsregelbare Lüfter 17 seriell nachge­ schaltet sind. An der stromaufwärtigen Seite der vorderen Kühleinheit ist ein Zuteilelementkomplex 19 vorgesehen, der zwei ansteuerbare Schwenkklappen 20, 21 beinhaltet, mit denen der einströmende Kühlluftstrom 15 mit regelbaren Anteilen auf den Bereich des Niedertemperatur-Kühlmittelkühlers 4 und den­ jenigen des Kondensators 18 aufgeteilt werden kann. In der in Fig. 1 durchgezogen gezeichneten Stellung der Klappen 20, 21 wird nur der Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 vom einströ­ menden Luftstrom 15 beaufschlagt, während in der gestrichelt angegebenen Klappenstellung nur der Kondensator 18 mit dem Kühlluftstrom 15 beaufschlagt wird. Da der Zuteilelementkom­ plex 19 nur zur Aufteilung des Luftstroms 15 auf den Nieder­ temperatur-Kühlmittelkühler 4 einerseits und den Kondensator 18 andererseits dient, werden die Klappen 20, 21 zwischen diesen beiden Endstellungen jeweils in solche Zwischenstel­ lungen gesteuert, die den Gesamtluftdurchsatz unverändert lassen, so daß der Luftstromdurchsatz am Haupt-Kühlmittel­ kühler 6 vom Zuteilelementkomplex 19 unbeeinflußt bleibt. Dieser Gesamtluftdurchsatz wird vielmehr bei stehendem Fahr­ zeug oder geringen Fahrgeschwindigkeiten über den leistungs­ regelbaren Lüfter 17 und bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, bei denen ein ausreichender Staudruck vor dem Zuteilelement­ komplex 19 vorhanden ist, über die einstellbare Jalousie 16 geregelt.

Zur Steuerung bzw. Regelung des Kühlwasserkreislaufs und der Kühlluft dient eine Steuereinheit 22, welche gleichzeitig als Motorsteuergerät für den Fahrzeugmotor 1 dient. Eingangssei­ tig sind der Steuereinheit die benötigten Meßinformationen zugeführt, insbesondere die Motordrehzahl n, die Kraftstoff­ einspritzung Ke und diverse Temperaturinformationen, wie die Umgebungstemperatur T_U, die Kühlwassertemperatur T_K, die Ladelufttemperatur T_L und die Motoröltemperatur T_Ö, die über jeweilige, an geeigneter Stelle positionierte Temperatursen­ soren erfaßt werden. Die zugehörigen Meßsignalleitungen sind in Fig. 1 ebenso gestrichelt angedeutet wie die von der Steu­ ereinheit 22 ausgangsseitig abgehenden Steuerleitungen, über welche sie die verschiedenen ansteuerbaren Komponenten des Systems in einer Weise ansteuert, wie dies, soweit vorliegend von Interesse, nachfolgend näher erläutert wird und im übri­ gen dem Fachmann geläufig ist.

Charakteristischerweise erfolgt jedenfalls in einer normalen, gewisse kurzzeitige Extremsituationen ausnehmenden Betriebs­ art die Ansteuerung des Kühlwasserkreislaufs unter energie­ verbrauchsminimierenden Gesichtspunkten, d. h. die verschiede­ nen energieverbrauchenden Komponenten des Kühlwasserkreis­ laufs werden von der Steuereinheit 22 so angesteuert, daß die Kühlwassertemperatur T_K oder anders gesagt das Temperaturge­ fälle TG=T_K-T_U zwischen Kühlwassertemperatur T_K und Außentem­ peratur T_U mit dem in der jeweiligen Fahrzeugbetriebssituati­ on minimal möglichen Gesamtenergieverbrauch auf einen vorge­ gebenen Sollwert eingeregelt wird. Zum Auffinden dieses ener­ getisch günstigsten Betriebspunktes wird nach einem Verfahren vorgegangen, das nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 er­ läutert wird.

Es werden zu diesem Zweck vorab für das betreffende Fahrzeug bzw. das betreffende Motorkühlsystem Daten über den Energie­ verbrauch, d. h. die Leistungsaufnahme aller energieverbrau­ chenden Aggregate des Kühlmittelkreislaufs in den verschiede­ nen Betriebsstellungen, über das sich ergebende Kühlmittel-Temperaturgefälle TG und über die übrigen, für die Kühlmit­ teltemperatur relevanten Systemzustandsparameter, wie Fahr­ zeuggeschwindigkeit, Motorlast etc., aufgenommen. Speziell werden dabei die Isothermen für einen jeweils vorgegebenen Sollwert des Kühlmittel-Temperaturgefälles TG im Leistungs­ diagramm, das alle energieverbrauchenden, die Kühlmitteltem­ peratur beinflußenden Aggregate umfaßt, ermittelt. Dies sind bei der Vorrichtung von Fig. 1 insbesondere die leistungsre­ gelbare Kühlwasserpumpe 2 sowie im niedrigen Geschwindig­ keitsbereich der leistungsregelbare Lüfter 17 und im hohen Geschwindigkeitsbereich die Jalousie 16. Die Jalousie 16 stellt für die vorliegende Betrachtung deshalb eine energie­ verbrauchende Komponente des Systems dar, weil ihre Stellung den Durchsatz des Kühlluftstroms 15 bestimmt, der vom Stau­ druck abgezweigt wird, welcher sich bei höheren Fahrgeschwin­ digkeiten vor der Eintrittsseite des Zuteilelementkomplexes 19 bildet. Die Entnahme der Kühlluftströmung aus dieser Stau­ luft hat jedoch Einfluß auf den Fahrwiderstand des Fahrzeugs in der betreffenden Fahrsituation und damit auf die Fahrlei­ stung. Je mehr die Jalousie 16 geöffnet wird, um so stärker reduziert sich die Fahrleistung, was dementsprechend den Ge­ samtenergieverbrauch erhöht.

Fig. 2 zeigt das diese energieverbrauchenden Aggregate be­ rücksichtigende Leistungsdiagramm, wobei auf der Abszisse die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe 2 und auf der Ordinate einerseits mit positivem Vorzeichen die Antriebsleistung des Lüfters 17 und andererseits mit negativem Vorzeichen die Fahrleistungsreduktion durch die Jalousie 16 aufgetragen sind. Beim Leistungsbedarf von Pumpe 2 und Lüfter 17 ist der Wirkungsgrad berücksichtigt, der sich für den Kraftübertra­ gungsweg zwischen Motorabtriebswelle und Pumpen bzw. Lüfter­ rad ergibt. In dem Leistungsdiagramm sind beispielhaft die Isothermen für ausgewählte Sollwerte des Kühlmittel-Temperaturgefälles TG bei festgehaltenen übrigen Systemzu­ standsparametern eingetragen. Jede Isotherme gibt somit die Kurve für die einzustellenden Leistungen von Kühlmittelpumpe 2 und Lüfter 17 bzw. Jalousie 16 an, welche zur Erzielung ei­ nes gewünschten Temperaturgefälle-Sollwertes beim gegebenen Systemzustand möglich sind, und variiert in Abhängigkeit von weiteren Systemzustandsparametern, wie der Fahrzeuggeschwin­ digkeit, der Motorlast und der Stellung des Zuteilelementkom­ plexes 19. Letzteres deshalb, weil die Zuteilelemente, d. h. die Klappen 20, 21 dieses Komplexes 19 durch ihre Stellung bestimmen, wie groß der Anteil der einströmenden Luft 15 ist, der dem Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 zugeführt wird und daher zur Kühlung des Kühlwassers beiträgt, während der dem Kondensator 18 zugeleitete Luftströmungsanteil die Motor­ kühlwassertemperatur nicht beeinflußt und daher im allgemei­ nen einen anderen Einfluß auf den gesamten Energieverbrauch im Fahrzeug hat. Bei Bedarf kann der Zuteilelementkomplex 19 als indirekt energieverbrauchendes Aggregat in die Energiebe­ trachtung einbezogen werden.

Für jede der ermittelten Isothermen des Kühlmittel-Temperaturgefälles TG wird nun noch innerhalb der Vorab-Initialisierung der Steuereinheit 22 der zugehörige Betriebs­ punkt minimalen Gesamtenergieverbrauchs für die Kühlmittel­ temperaturbeeinflussenden Aggregate, d. h. Kühlmittelpumpe 2 und Lüfter 17 bzw. Jalousie 16, nach dem oben erwähnten Tan­ gentenverfahren ermittelt, wobei ausgenutzt wird, daß die Li­ nien konstanten Gesamtenergieverbrauchs im Leistungsdiagramm von Fig. 2 Geraden mit einer bestimmten Steigung sind. Bei­ spielhaft ist in Fig. 2 die sich für den Temperaturgefälle-Sollwert von 62°C ergebende Tangente T₁ gestrichelt einge­ zeichnet. Der zugehörige Tangentenpunkt P₁ bildet den energe­ tisch optimalen Betriebspunkt P₁ für den gegebenen Systemzu­ stand, indem er das absolute Energieminimum für die Summe des Energieverbrauchs aller kühlmitteltemperaturbeeinflussenden Aggregate zur Erzielung des gewünschten Temperaturgefälle-Sollwertes darstellt. Nach Durchführung dieser Bestimmung des jeweiligen absoluten Energieminimums für die verschiedenen Temperaturgefälle- Isothermen eines Systemzustandes ergibt sich die in Fig. 2 dick gezeichnete, energieminimale Kennli­ nie K_E, wobei sie sich in ihrer oberen Hälfte mit den positi­ ven Ordinatenwerten auf den Betrieb des Lüfters 17 und in ih­ rer unteren Hälfte mit den negativen Ordiantenwerten auf den Betrieb der Jalousie 16 bezieht. Ergänzend sind in Fig. 2 zur Information die Grenzen angegeben, an denen die Temperatur­ differenz über dem Motor 1 die Schwellen von 10°C bzw. 15°C überschreitet.

In der geschilderten Weise wird für jeden möglichen, normalen Systembetriebszustand die zugehörige energieminimale Lei­ stungskennlinie K_E für die energieverbrauchenden Aggregate zur Kühlmitteltemperaturbeeinflussung vorab ermittelt und die Gesamtheit dieser Kennlinien dann als direkt abrufbares Kenn­ feld in der Steuereinheit 22 abgespeichert. Im anschließenden Systembetrieb fragt dann die Steuereinheit 22 laufend anhand der ihr zugeführten Meßgrößen den jeweiligen Systemzustand ab. Daraufhin ist sie anhand des abgelegten energieminimalen Leistungskennfeldes sofort in der Lage, die Kühlmitteltempe­ ratur T_K bzw. damit gleichbedeutend das Kühlmittel-Tempe­ raturgefälle TG auf einen gewünschten Sollwert so einzure­ geln, daß dabei der Gesamtenergieverbrauch für die energie­ verbrauchenden Kühlwasserkreislauf-Aggregate, d. h. insbeson­ dere die Kühlmittelpumpe 2 und den Lüfter 17 bzw. die Jalou­ sie 16, minimal bleibt. Die Steuereinheit 22 braucht hierzu keinerlei aufwendige Echtzeit-Optimierungsrechnungen vorzu­ nehmen, sondern braucht nur den zum erfaßten Systemzustand gehörigen Betriebspunkt im energieminimalen Kennfeld abzule­ sen. Dadurch vermag sie vergleichsweise rasch auf Zustandsän­ derungen zu reagieren. Da das energieminimale Kennfeld durch das geschilderte, globale Energieminimum-Ermittlungsverfahren gewonnen wurde, ist gewährleistet, daß der von der Steuerein­ heit 22 jeweils ausgewählte Betriebspunkt nicht nur ein loka­ les, sondern stets ein absolutes Minimum für den Gesamtener­ gieverbrauch der in die Kühlwassertemperaturregelung einbezo­ genen Aggregate darstellt. Der Sollwert kann fest, vorzugs­ weise jedoch betriebsabhängig variabel vorgegeben sein, z. B. niedriger bei hohen Belastungen. In letzterem Fall können die betriebsabhängigen Sollwerte als Kennfeld abgelegt sein.

Zweckmäßigerweise ist weiter vorgesehen, daß die Steuerein­ heit 22 von Zeit zu Zeit eine Überprüfung des abgelegten energieminimalen Kennfeldes vornimmt. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß wenigstens ein Referenz-Systemzustand vorgege­ ben wird, zu welchem die Steuereinheit 22 bei einem solchen Überprüfungsvorgang die zugehörige Temperatursollwert-Iso­ therme im Leistungsdiagramm der temperaturbeeinflussenden Ag­ gregate und durch Tangentenbildung den energieminimalen Be­ triebspunkt neu ermittelt und diesen daraufhin mit dem ent­ sprechenden, bisher im Kennfeld abgelegten Betriebspunkt ver­ gleicht. Wird bei diesem Vergleich innerhalb einer vorgegebe­ nen Toleranz Übereinstimmung festgestellt, erkennt dies die Steuereinheit 22 als ein weiterhin zutreffendes energiemini­ males Kennfeld. Stellt sie hingegen größere Abweichungen fest, nimmt sie eine entsprechende Korrektur und damit Aktua­ lisierung des abgelegten energieminimalen Kennfeldes vor.

Es versteht sich, daß in gewissen Grenzsituationen die Kühl­ mitteltemperaturregelung in anderen als der beschriebenen, unter Energieverbrauchsaspekten optimalen Betriebsart von der Steuereinheit 22 vorgenommen werden kann. Solche Ausnahme-Betriebsphasen sind z. B. dann zweckmäßig, wenn ansonsten der Luftdurchsatz für den Kondensator 18 oder den Ladeluftkühler 11 nicht mehr ausreicht oder kritische Absolutdrücke oder Druckgradienten im Kühlmittelkreislauf überschritten würden.

Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist es möglich, die Mo­ torkühlmitteltemperatur in fast allen Systembetriebszuständen energieoptimiert zu regeln, ohne daß dazu der Kühlmittel­ kreislauf übermäßig groß dimensioniert werden muß, wie dies bei herkömmlichen Kreisläufen mit ungeregelter Kühlwasserpum­ pe und/oder ungeregeltem Lüfter sowie fehlender Abstimmung von Pumpen- und Lüfterdrehzahl der Fall ist. Es versteht sich, daß je nach Anwendungsfall Modifikationen des beschrie­ benen Ausführungsbeispiels realisierbar sind. So kann gegebe­ nenfalls auf die Jalousie 16 oder den Lüfter 17 oder die Drehzahlregelbarkeit der Pumpe verzichtet werden, oder es können weitere energieverbrauchende Aggregate zur Beeinflus­ sung der Kühlwassertemperatur T_K vorgesehen sein, die in die Betrachtungen zur Erzielung eines minimalen Gesamtenenergie­ verbrauchs einbezogen werden, was zu einem entsprechend hö­ herdimensionalem Leistungsdiagramm und damit auch zu einem entsprechend höherdimensionalen energieminimalen Kennfeld führt. In jedem Fall bleibt jedoch der von der Steuereinheit 22 durchzuführende Rechenaufwand im laufenden Fahrbetrieb deutlich geringer als bei Verwendung einer lokalen Gradien­ tenmethode zum Auffinden des energetisch günstigsten Be­ triebspunktes in Echtzeit.

Es ist des weiteren klar, daß die erfindungsgemäße Vorrich­ tung und das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Regu­ lierung der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugmotors beschränkt sind, sondern überall dort nutzbringend zum Ein­ satz kommen können, wo die Temperatur eines beliebigen fe­ sten, flüssigen oder gasförmigen Mediums mit wenigstens zwei energieverbrauchenden Aggregaten geregelt oder gesteuert wer­ den soll. Eine erfindungsgemäße Variante der Vorrichtung von Fig. 1 kann z. B. dazu eingesetzt werden, die Temperatur des Motorblocks selbst anstelle der Kühlwassertemperatur zu regu­ lieren.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regulierung der Temperatur eines Mediums, insbesondere der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugmo­ tors, bei dem

• - die zu regulierende Temperatur (TG) von wenigstens zwei energieverbrauchenden Aggregaten (2, 16, 17) beeinflußbar ist, von denen wenigstens eines in seiner Leistung regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Leistung jedes der energieverbrauchenden Aggregate (2, 16, 17) gemäß eines vorab bestimmten, energieminimalen Kenn­ feldes (K_E) gestellt wird, das für jeden Systemzustand den Betriebspunkt absolut minimalen Gesamtenergieverbrauchs der Aggregate zur Temperaturregulierung gemäß eines jeweiligen Temperatur-Sollwertes angibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß in vorgebbaren Zeitabständen eine Kennfeldüberprüfung durchgeführt wird, bei der für wenigstens einen Referenz-Systemzustand die Isotherme für einen vorgegebenen Sollwert der zu regulierenden Temperatur (TG) im Leistungsdiagramm der energieverbrauchenden Aggregate (2, 16, 17) ermittelt und die zugehörige Tangente minimalen Gesamtenergieverbrauchs der Ag­ gregate bestimmt werden und der sich so ergebende Gesamtener­ gieverbrauch mit dem zugehörigen Wert aus dem Kennfeld ver­ glichen sowie das Kennfeld abhängig vom Vergleichsergebnis aktualisiert wird.

3. Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur eines Mediums, insbesondere der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugmo­ tors, mit

• - wenigstens zwei energieverbrauchenden Aggregaten (2, 16, 17) zur Beeinflussung der zu regulierenden Temperatur (TG), von denen wenigstens eines in seiner Leistung regelbar ist, und
• - einer Steuereinheit (22), welche die Leistung jedes der energieverbrauchenden Aggregate zur Bewirkung einer für die Temperaturregulierung benötigten Temperaturbeeinflussung ein­ stellt, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Steuereinheit zur Einstellung der Leistung jedes der energieverbrauchenden Aggregate gemäß eines vorab bestimmten, energieminimalen Kennfeldes eingerichtet ist, das für jeden Systemzustand den Betriebspunkt absolut minimalen Gesamtener­ gieverbrauchs der Aggregate zur Temperaturregulierung gemäß eines jeweiligen Temperatur-Sollwertes angibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeich­ net, daß sie zur Regulierung der Kühlmitteltemperatur (TG) eines Kühlkreislaufs dient und eines oder mehrere, die Kühl­ mitteltemperatur beeinflussende, energieverbrauchende Aggre­ gate in Form einer leistungsregelbaren Kühlkreislaufpumpe (2) und/oder eines leistungsregelbaren Lüfters (17) beinhaltet, mit dessen Kühlluftstrom ein Kühler (4, 6) des Kühlkreislaufs beaufschlagbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie zur Regulierung der Kühlmitteltemperatur (TG) eines in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Kühlkreislaufs dient und als eines der energieverbrauchenden Aggregate eine Jalousie (16) beinhaltet, mit welcher der Durchsatz eines fahrleistungsbeeinflussenden Staudruck-Kühlluftstroms für ei­ nen Kühler (4, 6) des Kühlkreislaufs variabel einstellbar ist.