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Die vorliegende Erfindung betrifft
Fahrzeuge und insbesondere ein Fahrzeug, das einen Kühlkreislauf
mit einem Thermostaten besitzt.
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Es ist ein bekanntes Problem, daß ein Thermostat
in einem Fahrzeugkühlsystem
undicht werden oder in einer offenen oder geschlossenen Position
hängenbleiben
kann. Es ist erwünscht,
die Betriebswirksamkeit derartiger Thermostate zu überwachen,
weil ihr Ausfall bei einigen abgasbezogenen Überwachungs- und Steuerungsvorgängen zu
einer verringerten Wirksamkeit führen
kann. Es ist beispielsweise manchmal notwendig, daß das Kühlmittel
eine vorbestimmte Temperatur erreicht, bevor eine Bord-Diagnose
an einem Kraftstoffzufuhrsystem oder einem Abgassauerstoffsensor
durchgeführt werden
kann. In einem bekannten Fall wird diese Temperatur (in der Größenordnung
von 80°C)
eventuell nicht erreicht, wenn der Thermostat in offener Position
hängengeblieben
oder undicht ist. Es ist daher erwünscht, einen solchen fehlerhaften
Thermostaten zu ermitteln, so daß der Fehler einem Benutzer oder
einer Wartungskraft angezeigt und das Problem beseitigt werden kann.
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Die Verwendung einer Testvorrichtung
zur Prüfung
der Funktion des Kühlsystems
unter Werkstattbedingungen ist beispielsweise aus den US-Patenten
4,069,712, 4,702,620 und 5,526,871 bekannt. Bei Verwendung dieser
bekannten Systeme ist es nicht möglich,
daß das
Fahrzeug selbst eine Bord-Diagnoseroutine durchführt, um die Thermostatwirksamkeit
zu testen.
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Ein Versuch, eine Bord-Diagnosemöglichkeit zur
Thermostatüberprüfung bereitzustellen,
wird in dem Patent FR 2773845 beschrieben, in dem die aktuelle Temperatur
des Kühlwassers
mit einem Berechnungsmodell zu erwartender Kühlwassertemperaturen verglichen
wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug bereitzustellen. Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug bereit, das einen
Kühlkreislauf
mit einem Thermostaten umfaßt,
der im Gebrauch so angeordnet ist, daß die Strömung eines Kühlmittels
in mindestens einem Teil des Kühlkreislaufs
geregelt wird, wobei das Fahrzeug weiterhin ein Regelungsmittel
umfaßt,
das im Gebrauch so angeordnet ist, daß es eine Bord-Fehlerermittlungstestroutine
durchführen
kann, um den Betriebszustand des Thermostaten festzustellen, wobei
die Testroutine so angeordnet ist, daß der Betriebszustand des Thermostaten auf
der Basis eines Vergleichs zwischen einer Thermostateintrittstemperatur
und einer Thermostataustrittstemperatur ermittelt und eine Thermostatfehlfunktion
festgestellt wird, wenn die Thermostateintrittstemperatur niedriger
als eine Öffnungstemperatur
des Thermostaten ist und eine Temperaturdifferenz zwischen der Thermostateintrittstemperatur
und der Thermostataustrittstemperatur besteht, wobei diese Differenz
unter einem vorbestimmten Fehlergrenzwert liegt, wobei der Kühlkreislauf
weiterhin einen Kühler
umfaßt
und der Thermostat im Gebrauch so angeordnet ist, daß die Strömung des
Kühlmittels durch
den Kühler
geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermostateintrittstemperatur
von einer Oberschlauch- oder
Kühlereintrittstemperatur und/oder
die Thermostataustrittstemperatur von einer Unterschlauch- oder Kühleraustrittstemperatur abgeleitet
wird.
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Die Testroutine kann so angeordnet
sein, daß ein
solcher Fehlerzustand als ein undichter oder ein im wesentlichen
in offener Position hängengebliebener
Thermostat bewertet werden kann.
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Das Regelungsmittel kann von einem
Austrittstemperaturfühlermittel,
das im Bereich eines Unterkastens oder Austrittsschlauchs des Kühlers positioniert
ist, ein Signal erhalten, das die Thermostataustrittstemperatur
anzeigt.
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Das Regelungsmittel kann so angeordnet sein,
daß ein
Diagnosetest am Austrittstemperaturfühlermittel durchgeführt und
der Zustand des. Thermostaten nur getestet werden kann, wenn am
Austrittstemperaturfühlermittel
kein Fehlerzustand ermittelt wird.
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Das Regelungsmittel kann von einem
Eintrittstemperaturfühlermittel,
das im Bereich eines Oberkastens oder Eintrittsschlauchs des Kühlers oder
so positioniert ist, daß die
Motorblocktemperatur oder die Motorblockkühlmitteltemperatur abgefühlt wird,
ein Signal erhalten, das die Thermostateintrittstemperatur anzeigt.
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Das Regelungsmittel kann so angeordnet sein,
daß ein
Diagnosetest am Eintrittstemperaturfühlermittel durchgeführt und
der Zustand des Thermostaten nur getestet wird, wenn am Eintrittstemperaturfühlermittel
kein Fehlerzustand ermittelt wird.
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Das Regelungsmittel kann so angeordnet sein,
daß der
Zustand des Thermostaten nicht getestet wird, wenn sich der Motor
mit einer Leerlaufdrehzahl dreht, und es kann so angeordnet sein,
daß der Zustand
des Thermostaten nicht getestet wird, wenn der Motor im Schiebebetriebmodus
mit Kraftstoffabschaltung arbeitet. Das Regelungsmittel kann so
angeordnet sein, daß der
Zustand des Thermostaten nur getestet wird, wenn der Motor eine
vorbestimmte Zeit lang gelaufen ist.
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Das Regelungsmittel kann so angeordnet sein,
daß das
Ermitteln eines Fehlers am Thermostaten aufgezeichnet wird, wobei
der Fehlerzustand in einer wiederauffindbaren Weise aufgezeichnet
wird, die dazu verwendet werden kann, einem Benutzer oder einer
Wartungskraft einen Hinweis darauf zu geben, daß ein Fehler am Thermostaten
aufgezeichnet wurde. Ein solcher Hinweis kann das Aufleuchten einer
Fehlfunktionsanzeigeleuchte (MIL) oder eines Motorprüflichts
umfassen. Das Regelungsmittel kann so angeordnet sein, daß ein solcher
Fehler am Thermostaten nur aufgezeichnet wird, wenn die Temperaturdifferenz
nach einer Entprellungsverzögerung
des Thermostaten immer noch besteht.
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Das Austrittstemperaturfühlermittel
kann so ausgebildet sein, daß es
auch als ein Ablaßstopfen für den Kühler dient,
und das Eintrittstemperaturfühlermittel
kann einen Motortemperatursensor umfassen.
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Der Fehlergrenzwert kann in der Größenordnung
von 30°C
liegen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
auch ein Verfahren zur Feststellung des Betriebszustands eines zu
einem Kühlkreislauf
eines Fahrzeugs gehörenden Thermostaten
bereit, bei dem eine Bord-Fehlerermittlungstestroutine durchgeführt wird,
die das Vergleichen einer Thermostateintrittstemperatur und einer
Thermostataustrittstemperatur einschließt, und bei dem eine Fehlfunktion
des Thermostaten ermittelt wird, wenn die Thermostateintrittstemperatur
niedriger als eine Öffnungstemperatur
des Thermostaten ist und eine Temperaturdifferenz zwischen der Thermostateintrittstemperatur
und der Thermostataustrittstemperatur vorliegt, wobei die Differenz
unter einem vorbestimmten Fehlergrenzwert liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß das
Verfahren das Ableiten der Thermostateintrittstemperatur von einer
Oberschlauch- oder Kühlereintrittstemperatur
und/oder das Ableiten der Thermostataustrittstemperatur von einer
Unterschlauch- oder Kühleraustrittstemperatur beinhaltet.
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Das Verfahren kann das Bewerten eines
solchen Fehlerzustands als ein undichter oder ein im wesentlichen
in offener Position hängengebliebener Thermostat
beinhalten.
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr
beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben;
dabei sind:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Flußdiagramm
eines Regelungsverfahrens des Fahrzeugs der 1;
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3 ein
Ablaufdiagramm für
das Flußdiagramm
der 2;
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4 ein
Flußdiagramm
einer Unterroutine des Regelungsverfahrens der 2;
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5 ein
Ablaufdiagramm für
das Flußdiagramm
der 4;
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6 eine
Tabelle zur Erläuterung
der in den 2 bis 4 verwendeten Etiketten;
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7 eine
graphische Darstellung verschiedener Thermostatbetriebszustände für einen
Thermostaten des Fahrzeugs der 1;
und
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8 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Wie aus den 1 bis 7 ersichtlich,
umfaßt ein
Fahrzeug 10 einen Motor 12 mit einer Kühlmittelumwälzpumpe 14 und
einem Kühlkreislauf,
der einen Kühler 16 mit
einem Oberkasten 18 und einem Unterkasten 20 beinhaltet.
Eine kombinierte Bypass- und Thermostateinheit 22 befindet
sich in der Zufuhrleitung zwischen dem Unterkasten 20 und
der Kühlmittelumwälzpumpe 14.
Die in dieser Ausführungsform
verwendete Bypass- und Thermostateinheit 22 entspricht
im wesentlichen der in der GB 2290123 beschriebenen Ausführung.
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Der Thermostat 22 ist ein
Motoreintrittsthermostat (auf diesem Fachgebiet auch als Unterschlauchthermostat
bekannt), der mittels eines Unterschlauchs 24 mit dem Unterkasten 20 des
Kühlers 16 und
mittels eines Zufuhrschlauchs 26 mit der Umwälzpumpe 14 verbunden
ist. Der Thermostat 22 ist des weiteren mittels eines Bypassschlauchs 30 mit einem
Ober- oder Rückförderschlauch 28 verbunden,
der den Motor 12 mit dem Oberkasten 18 verbindet.
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Die Zuführung zu einer Heizungseinheit 32 erfolgt über einen
Heizungseintrittsschlauch 34, der vom Oberschlauch 28 abzweigt
und ein Ventil 36 beinhaltet, um die Kühlmittelströmungsmenge durch die Heizung 32 zu
regeln. Die Rückführung von
der Heizungseinheit 32 erfolgt über einen Heizungsrücklaufschlauch 38,
der in den Zufuhrschlauch 26 eingebunden ist.
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Ein Regler 40 ist vorgesehen,
der im Gebrauch so angeordnet ist, daß Kühlereintrittstemperatursignale
(d.h. Motorkühlmitteltemperatursignale Teng) von einem Eintrittstemperaturfühlermittel
in Form eines Motortemperatursensors S1 empfangen werden, der, im
Oberschlauch 28 positioniert ist. Der Motortemperatursensor
S1 könnte
statt dessen so angeordnet sein, daß die Motorblocktemperatur
oder die Temperatur des im Motor 12 umgewälzten Kühlmittels überwacht
wird, wobei der wichtige Faktor darin besteht, daß der Regler 40 ein
Signal erhält,
aus dem er eine gute Anzeige der Kühlereintrittstemperatur und
daher auch der Thermostateintrittstemperatur ableiten kann.
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Der Regler 40 ist außerdem im
Gebrauch so angeordnet, daß Kühleraustrittstemperatursignale von
einem Kühleraustrittstemperatursensor
S2 empfangen werden, der im Unterkasten 20 positioniert
ist, und er ist des weiteren so angeordnet, daß er als der Ablaßstopfen
für den
Kühler 16 dient.
Das Kühleraustrittstemperatursignal
Trad zeigt die Temperatur des nach erfolgtem
Kühlen
aus dem Kühler 16 austretenden
Kühlmittels
an und liefert daher eine gute Anzeige der Kühlmitteltemperatur auf der
Austrittsseite des Thermostaten 22.
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Im Gebrauch, wenn der Motor 12 kalt,
ist (d.h. Teng < Tstatopen),
befindet sich der Thermostatteil der Einheit 22 in einer
geschlossenen Position, so daß der
Durchgang von Kühlmittel
vom Unterkasten 20 in den Motor 12 hinein über den
Unterschlauch 24 und den Zufuhrschlauch 26 verhindert
wird.
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Um eine örtliche Überhitzung des Motors 12 zu
verhindern, wenn das Thermostatventil geschlossen ist, wird der
Bypassventilteil der Einheit 22 geöffnet, so daß, eine
geregelte Kühlmittelströmung vom Oberschlauch 28 durch
den Bypassschlauch 30 zum Zufuhrschlauch 26 ermöglicht wird.
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Wenn sich die Temperatur des Kühlmittels der
normalen Motorbetriebstemperatur nähert, schließt sich
der Bypassventilteil der Einheit 22, so daß eine Strömung durch
den Bypassschlauch 30 wirksam unterbrochen und somit sichergestellt
wird, daß praktisch
das gesamte Kühlmittel
durch den Kühler 16 zirkuliert,
bevor es zum Motor 12 zurückgeführt wird.
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Wenn die Temperatur des durch den
Thermostatbypass strömenden
Kühlmittels
die Thermostatöffnungstemperatur
Tstatopen erreicht, öffnet sich der Thermostatteil
der Einheit 22 nach und nach, so daß sich eine stetig zunehmende
Kühlmittelströmung, die
vom Unterkasten 20 durch den Unterschlauch 24 erfolgt,
mit dem bereits durch den Motor 12 zirkulierenden Kühlmittel
vermischen kann.
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Die Thermostatöffnungstemperatur Tstatopen
für diese
Anordnungsausführung
ist nicht auf eine einzelne Temperatur, d.h. die Nennöffnungstemperatur
des Thermostaten, fixiert. Statt dessen ist die Öffnungstemperatur eine Variable
(nominell etwa 86°C),
die umgekehrt von der Temperatur des aus dem Kühler 16 austretenden
Kühlmittels
abhängig ist.
Dies ist vorteilhaft, weil der Thermostat 22 örtliche Veränderungen
der Umgebungstemperatur berücksichtigen
kann, wie ausführlicher
in der GB 2290123 beschrieben ist.
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Der Regler 40 ist so angeordnet,
daß eine undichte
oder eine in offener Position hängengebliebene
Thermostateinheit, d.h. eine Einheit, die Kühlmittel durchläßt, wenn
sie eigentlich geschlossen sein sollte, ermittelt wird. Eine Thermostatfehlerermittlungsroutine
wird jedesmal initialisiert, wenn der Motor 12 aus einem
Kaltstartzustand heraus angelassen wird.
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Die Fehlerermittlungsroutine, wie
unter besonderer Bezugnahme auf die 2 und 3 dargestellt, wird nur durchgeführt, wenn
der Regler bestimmt, daß es
zweckmäßig ist,
die Thermostateinheit 22 zu testen. Die Entscheidung, ob
der Thermostat 22 getestet werden soll oder nicht, erfolgt
nach jeder Initialisierung mittels Durchführung einer OKtest-Unterroutine
(dargestellt unter besonderer Bezugnahme auf die 4 und 5).
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In der OKtest-Unterroutine
werden zuerst die Temperatursensoren S1, S2 getestet, z.B. auf Fehler im
offenen oder geschlossenen Kreislauf. Wenn einer der beiden Sensoren
S1, S2 einen Fehler aufweist, ist es nicht möglich, die Thermostatfehlerermittlungsroutine
durchzuführen,
und der Sensorfehler selbst wird protokolliert, um später während eines Fahrzeugwartungsdienstes
berichtigt zu werden.
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Wenn der Motor 12 im Leerlauf
oder im Schiebebetriebmodus mit Kraftstoffabschaltung (ORFCO) arbeitet,
kann die Fehlerermittlungsroutine nicht durchgeführt werden, und der Regler 40 geht
in Wartestellung. Dies geschieht aufgrund von Veränderungen,
die unter diesen beiden Bedingungen auftreten können, obwohl es möglich sein
kann, durch gründliche
Kalibrierung der Auswirkungen des Leerlauf- und des Schiebebetriebs mit Kraftstoffabschaltung
auf diesen Test zu verzichten.
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Die Fehlerermittlungsroutine wird
außerdem erst
dann durchgeführt,
wenn der Motor 12 nach erfolgtem Motorstart seit einer
vorbestimmten Zeitdauer TDtest mit einer über einer
voreingestellten Motordrehzahl (z.B. 500 U/min) liegenden Drehzahl
gelaufen ist. Diese Verzögerung
TDtest ist ein in einem Speicher des Reglers 40 abgespeicherter
zugeordneter Wert, der beispielsweise von den Merkmalen der Temperatursensoren
S1, S2, von der Ausführung
der verwendeten Temperatursensoren S1, S2 oder von durch den Einbauort
beeinflußten
Faktoren abhängig ist.
Die Verzögerung
TDtest kann beispielsweise im Bereich von
5 Minuten liegen.
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Wenn die in der OKtest-Unterroutine
festgelegten Bedingungen während
der Länge
der Verzögerungszeitdauer
TDtest erfüllt werden, wird der OKtest-Merker im Regler 40 eingestellt,
und der Rest der Fehlerermittlungsroutine wird durchgeführt.
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Die Temperatur des aus dem Motor
austretenden Kühlmittels
Teng, die vom Motortemperatursensor S1 abgefühlt wird,
wird vom Regler 40 als die Thermostateintrittstemperatur
behandelt, und wenn diese Temperatur Teng die
Thermostatöffnungstemperatur
Topen überschritten
hat, wird davon ausgegangen, daß der
Thermostat 22 offen ist, und die Fehlerermittlungsroutine
geht in Wartestellung.
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Die Temperatur Trad des
Kühlmittels,
die vom Unterkastensensor S2 abgefühlt wird, wird vom Regler 40 als
die Thermostataustrittstemperatur behandelt. Wenn die Thermostateintrittstemperatur
Teng unter der Thermostatöffnungstemperatur
Topen liegt und die Bedingungen in der OKtest-Unterroutine erfüllt werden, mißt der Regler 40 die
Temperaturdifferenz im Kühler 16,
d.h. Teng – Trad,
die als die Temperaturdifferenz im Thermostaten 22 angesehen
wird.
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Wenn diese Temperaturdifferenz Teng – Trad unter einem vorbestimmten Niveau liegt,
wie von einem Fehlergrenzwert Dtstat definiert,
geht der Regler 40 davon aus, daß der Thermostat 22 undicht
ist, was allerdings erst nach Ablauf einer (abstimmbaren) Zeitdauer
Tdebounce, z. B. 10 Sekunden, erfolgt, so
daß dem
Thermostaten 22 die Möglichkeit
gegeben wird, sich nach anfänglichem
Motorbetrieb zu entprellen.
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Wenn ein Fehlerzustand (undichter
oder in offener Position hängengebliebener
Thermostat 22) festgestellt wird, wird im Regler 40 ein
Fehlermerker Etstat eingestellt, so daß dieser
Fehler während
eines späteren
Diagnosetests oder eines Wartungsdienstes wiedergefunden werden
kann. Eine Fehlerausgabe (Fault) läßt eine Fehlfunktionsanzeigeleuchte (MIL) aufleuchten,
die auf diesem Fachgebiet auch als ein Motorprüflicht bezeichnet wird.
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Um die Wahrscheinlichkeit eines Falschalarms
zu reduzieren, werden der Fehlermerker Etstat und
die Fehlerausgabe (Fault) nur eingestellt, wenn in zwei aufeinanderfolgenden
Testzyklen der Fehlerermittlungsroutine ein Fehlerzustand ermittelt
wird. Ein einzelner Fehlerzustand kann durch eine nachfolgende Rückstellung
auf Normalbetrieb zurückgestellt werden.
Wenn festgestellt wird, daß der
Thermostat 22 korrekt arbeitet, wird bei Abschluß der Fehlerermittlungsunterroutine
ein Kein-Fehler-Gefunden-Merker
NFF eingestellt.
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Es ist somit erkennbar, daß ein Fehlerzustand,
der einen undichten oder in offener Position hängengebliebenen Thermostaten 22 repräsentiert, festgestellt
wird, wenn die Vortestbedingungen erfüllt werden, die Motorkühlmitteltemperatur
Teng unter der Thermostatöffnungstemperatur
Topen liegt und keine ausreichend große Temperaturdifferenz (Teng – Trad < Dtstat) im Thermostaten 22 vorliegt.
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Wie insbesondere aus 7 erkennbar, die in ihrer Ausführung lediglich
als schematische Darstellung zu betrachten ist, ist es schwierig,
für viele der
Variablen in 6 präzise Werte
einzusetzen. Im Abschleppbetrieb ist es beispielsweise erforderlich, die
Variablen zu korrigieren, um die höheren normalen Ober- und Unterschlauchtemperaturen
zu überwinden,
wobei für
einen Betrieb des Fahrzeugs 10 bei hohen Umgebungstemperaturen ähnliches
berücksichtigt
werden muß.
Es kann jedoch beispielsweise zweckmäßig sein, den Fehlergrenzwert
Dtstat auf etwa 30°C einzustellen, obwohl es sich,
z.B. für den
Abschleppbetrieb, als notwendig erweisen kann, diesen Wert zu variieren.
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Wie aus den 2 bis 8 ersichtlich,
ist in einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Unterschlauchthermostat 22 durch
einen Oberschlauchthermostaten 220 ersetzt worden.
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Übereinstimmende
Merkmale tragen übereinstimmende
Bezugszahlen, und für
die Thermostatfehlerermittlung gelten die gleichen Gesichtspunkte
wie für
die erste Ausführungsform.