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Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Thermostatventils, das eine Mengenverteilung von aus einem Verbrennungsmotor austretendem Kühlmittel auf durch einen Kühlmittelkühler hindurch und auf unter Umgehung des Kühlmittelkühlers zurück zu dem Verbrennungsmotor strömende Kühlmittelmengen bestimmt, und Vorrichtungen zum Durchführen des Verfahrens.
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Die
DE 44 26 494 A1 offenbart als Teil des Standes der Technik beispielsweise eine Einrichtung zur Überwachung eines Kühlsystems bei einer Brennkraftmaschine. Hierbei wird die Kühlertemperatur gemessen und in einer Auswerteinrichtung ausgehend von der Temperatur sowie vom Temperaturverlauf das Auftreten einer Fehlfunktion erkannt. Es sind dabei verschieden Auswertemöglichkeiten vorgesehen, die die Temperaturveränderung abhängig von erkannten Bedingungen auswerten. Erkannte Fehlfunktionen werden dabei entweder angezeigt oder in einem Speicher bis zum nächsten Werkstattbesuch zwischengespeichert.
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In der
DE 197 55 859 wird ein System zur Erfassung von Thermostatenfehlfunktionen eines Motorkühlsystems offenbart. Das System eignet sich dazu herauszufinden, ob der Thermostat eine Fehlfunktion aufweist. Dabei wird über eine Einrichtung die Kühlmitteltemperatur gemessen und mit bekannten Werten der Kühlmitteltemperatur für den Betriebszustand abgeglichen. Alternativ kann eine Fehlfunktion durch einen Vergleich zwischen der Motorseiten-Kühlmitteltemperatur und einer Kühlerseiten-Kühlmitteltemperatur erfaßt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu erfassen, ob das Thermostatventil funktionsfähig ist oder aufgrund einer Klemmung o. dgl. in der geöffneten oder geschlossenen Stellung stehen geblieben ist.
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Bei einer ersten Lösung wird vorgesehen, daß die IST-Temperatur des Verbrennungsmotors und die IST-Temperatur am Austritt des Kühlmittelkühlers gemessen und miteinander kombiniert werden, und daß die Kombinationen mit abgespeicherten Kombinationen dieser Temperaturen verglichen werden, um eine Fehlfunktion des Thermostatventils festzustellen und ein die Fehlfunktion repräsentierendes Signal zu bilden.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Motortemperatur und die Kühlmitteltemperatur am Kühleraustritt in bestimmten Relationen zueinander stehen, wenn das Thermostatventil normal funktioniert. Werden dagegen Temperaturkombinationen festgestellt, die bei einer normalen Funktion nicht auftreten können, so ist daraus unmittelbar zu schließen, daß eine Fehlfunktion des Thermostatventils vorliegt.
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Bei einer zweiten Lösung werden die IST-Temperatur des Verbrennungsmotors und die IST-Temperatur am Austritt des Kühlmittelkühlers gemessen und Zustände und Zustandsänderungen der erfaßten Temperaturen miteinander kombiniert und verglichen, um daraus eine Fehlfunktion des Thermostatventils zu ermitteln und ein die Fehlfunktion repräsentierendes Signal zu bilden. Auch diese Lösung geht von der Überlegung aus, daß gewisse Temperaturzustände oder Zustandsänderungen nicht auftreten können, wenn das Thermostatventil normal funktioniert, so daß dann, wenn diese Zustände oder Zustandsänderungen dennoch auftreten, unmittelbar auf eine Fehlfunktion des Thermostatventils geschlossen werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Umgebungstemperatur erfaßt und mit in den Kombinationen berücksichtigt wird. Mittels der Einbeziehung der Umgebungstemperatur in die Messung und Auswertung ist es möglich, die Auswertung zu verfeinern und ggf. nicht ganz eindeutige Kombinationen von Temperaturen eindeutig als Fehlfunktion oder Normalfunktion zu erkennen.
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Bei einer Vorrichtung zum Durchführen des ersten Verfahrens sind ein Speicher zur Aufnahme einer Vielzahl von Kombinationen von Temperaturen des Verbrennungsmotors und Temperaturen des Kühlmittels am Austritt des Kühlmittelkühlers und vorzugsweise auch der Umgebungstemperatur, Mittel zum Erfassen der IST-Temperatur des Verbrennungsmotors und Mittel zum Erfassen der IST-Temperatur des Kühlmittels am Austritt des Kühlmittelkühlers und vorzugsweise Mittel zum Erfassen der Umgebungstemperatur, Mittel zum Bilden von Kombinationen der gemessenen Temperaturen, Mittel zum Vergleichen der abgespeicherten Kombinationen mit den Kombinationen der gemessenen Temperaturen und Mittel zum Bilden eines eine Fehlfunktion des Thermostatventils repräsentierenden Signals vorgesehen.
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Bei einer Vorrichtung zum Durchführen des zweiten Verfahrens sind Mittel zum Erfassen der IST-Temperatur des Verbrennungsmotors, Mittel zum Erfassen der IST-Temperatur am Austritt des Kühlmittelkühlers und vorzugsweise Mittel zum Erfassen der Umgebungstemperatur vorgesehen, deren Ausgänge an eine logische Schaltung angeschlossen sind, die abhängig von Zuständen und Zustandsänderungen der erfaßten Temperaturen ein ggf. eine Fehlfunktion des Thermostatventils repräsentierendes Signal erzeugt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
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1 zeigt einen kleinen Ausschnitt einer Art von Kennfeld von möglichen Temperatur-Kombinationen im Normalbetrieb eines mit einem Thermostatventil versehenen Kühlmittelkreislaufes eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges,
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2 Beispiele für gemessene IST-Werte bei einem in geschlossenem Zustand blockierten Thermostatventil,
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3 Beispiele für gemessene IST-Werte bei einem in geöffnetem Zustand blockierten Thermostatventil und
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4 einen Logikschaltplan zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Thermostatventils.
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Kühlanlagen von Kraftfahrzeugmotoren sind üblicherweise mit einem Thermostatventil ausgerüstet, das die Mengenverteilung steuert, mit welchem das aus dem Verbrennungsmotor austretende Kühlmittel durch einen Kühlmittelkühler hindurch oder unter Umgehung eines Kühlmittelkühlers in einem Kurzschluß direkt zurück zu dem Verbrennungsmotor strömt. Mit diesem Thermostatventil wird angestrebt, die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors auf einer möglichst konstanten (hohen) Temperatur zu halten, nachdem dieser einmal warmgelaufen ist.
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Derartige Thermostatventile haben aufgrund langjähriger Entwicklung einen sehr hohen Qualitätsstandard erreicht, so daß sie nur selten ausfallen. Dennoch besteht die Forderung, die Funktionsfähigkeit der Thermostatventile zu überwachen. Dies erfolgt gemäß der Erfindung ohne Eingriff in das Thermostatventil, sondern nur aufgrund einer Auswertung von erfaßten Temperaturen, insbesondere der von dem Thermostatventil beeinflußten Temperaturen.
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Es wird die Temperatur TMOT des Verbrennungsmotors gemessen, was beispielsweise mittels eines Temperatursensors geschehen kann, der die Kühlmitteltemperatur innerhalb des Verbrennungsmotors oder am Austritt des Verbrennungsmotors mißt oder mittels eines Temperatursensors, der die Temperatur eines Bauteils des Verbrennungsmotors mißt. Dies ist eine Messung, die üblicherweise heute bei jedem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges vorgenommen wird und die am Motorsteuergerät abgegriffen werden kann. Des weiteren wird die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers gemessen. Dies ist eine Temperatur, die heute üblicherweise nicht gemessen wird, da sie von der Motorsteuerung nicht verwendet wird. Zusätzlich wird noch die Umgebungstemperatur TU gemessen, die insbesondere als Temperatur der Ansaugluft im Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors gemessen wird. In 1 sind diese Temperaturen für mehrere Fahrzustände eingetragen, wobei jeweils die zugehörige Thermostatventilstellung angegeben ist. Dabei bedeutet 0 die geschlossene Stellung und 1 die geöffnete Stellung.
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In 1 links ist zunächst ein Start bei sehr kalter Umgebungstemperatur dargestellt und ein anschließendes Fahren bei unverändert niedrig bleibender Umgebungstemperatur TU von –20°C. Beim Starten ist das Thermostatventil in der geschlossenen Stellung (Stellung 0), so daß Kühlmittel ausschließlich von dem Motoraustritt direkt wieder zu dem Motoreintritt unter Umgehung des Kühlmittelkühlers strömt. Dadurch wird der Motor zunächst schnell erwärmt, während die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers unverändert bleibt. Es wird angenommen, daß das Thermostatventil bei etwa 100°C öffnet, d. h. die Kühlmittelströmung durch den Kühlmittelkühler zum Teil freigibt. Dies führt jetzt auch zu einer Erwärmung des Kühlmittels am Kühlmittelaustritt, so daß diese Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers auf etwa 28°C ansteigt. Wenn davon ausgegangen wird, daß die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors auf TMOT 110°C mittels des Thermostatventils eingeregelt werden soll, so erreicht die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers etwa 32°C. Im Bereich dieser Temperaturen ist das Thermostatventil geöffnet (Stellung 1). Schon in diesem Bereich ist aufgrund eines Vergleichs der Temperatur-Kombinationen feststellbar, ob das Thermostatventil bei Erreichen der Öffnungstemperatur geöffnet hat oder nicht. Sollte die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers bei einer IST-Temperatur TMOT von 107°C noch wesentlich unter 28°C liegen, während sich die Umgebungstemperatur TU nicht geändert hat, so kann daraus geschlossen werden, daß das Thermostatventil nicht geöffnet hat, sondern in seiner geschlossenen Stellung stehengeblieben ist.
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Fährt das Fahrzeug anschließend, wie das in 1 ebenfalls dargestellt ist, bei gleichbleibender niedriger Umgebungstemperatur TU anschließend eine Bergab-Strecke, so sinken die Motortemperatur TMOT und die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlers, während das Thermostatventil wieder auf seine geschlossene Stellung umschaltet. Da dann kein Kühlmittel mehr durch den Kühlmittelkühler strömt, sinkt die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers relativ schnell ab. Auch hier läßt sich feststellen, ob das Thermostatventil tatsächlich auf die geschlossene Stellung (Stellung 0) umgeschaltet hat. Bleibt beispielsweise eine erhöhte Temperatur TK AUS, obwohl die Motortemperatur TMOT absinkt, so ist das ein Indiz dafür, daß das Thermostatventil nicht geschlossen hat, sondern in der geöffneten Stellung blockiert ist.
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In 1 sind weiter Temperaturkombinationen bei einer Überlandfahrt angegeben, die das Fahrzeug mit bereits erwärmtem Zustand beginnt, d. h. mit einer Motortemperatur TMOT von 90°C, einer Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers von 40°C und einer Umgebungstemperatur TU am Luftansaugstutzen von ebenfalls 40°C. Das Thermostatventil regelt dann die Temperatur auf eine Betriebstemperatur TMOT von beispielsweise 110°C ein. Das Thermostatventil hat beispielsweise bei 102°C TMOT geöffnet, so daß dann auch die Temperatur TK AUS an dem Austritt des Kühlmittelkühlers angestiegen ist. Kommt dann das Fahrzeug beispielsweise aufgrund einer Bergab-Fahrt in einen Schubbetrieb, so sinkt die Motortemperatur TMOT ebenso wie die Temperatur TK AUS des Kühlmittels am Austritt des Kühlmittelkühlers. Auch hier läßt sich mittels eines Vergleiches der Temperatur-Kombinationen feststellen, ob das Thermostatventil funktionsfähig ist oder in seinem geöffneten oder geschlossenen Zustand blockiert.
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In 2 sind Beispiele für die Kombinationen von Temperaturen in Form einer Tabelle wiedergegeben, wenn das Thermostatventil in geschlossenem Zustand während der Warmlaufphase blockiert oder während einer normalen Fahrt (Überlandfahrt). Wenn das Thermostatventil schon während der Warmlaufphase blockiert haben sollte, so erhöht sich lediglich die Temperatur TMOT des Verbrennungsmotors, während die Temperatur TK AUS des Kühlmittels am Austritt des Kühlmittelkühlers auf einem (konstanten) niedrigen Wert bleibt. Wenn dabei auch nach die Umgebungstemperatur TU konstant bleibt, so ist die bei Erhöhung der Temperatur TMOT gleibenbleibende Temperatur TK AUS ein deutliches Indiz dafür, daß das Thermostatventil nicht geöffnet hat. Wenn bei einer Überlandfahrt, wie dies in der Tabelle in 2 rechts dargestellt ist, das Thermostatventil nach einem Regelspiel in geschlossenem Zustand klemmen oder blockieren sollte, so ist das ebenfalls an den Kombinationen der Temperaturen festzustellen. Wenn das Thermostatventil den Motor auf eine Betriebstemperatur TMOT von 110°C eingeregelt hat, so beträgt die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers beispielsweise 80°C. Wenn dagegen jedoch die Motortemperatur TMOT ansteigt, aber die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers fällt, so ist dies ein klares Indiz dafür, daß das Thermostatventil nach einem Regelspiel nicht mehr geöffnet hat. Da bei in geschlossenem Zustand blockiertem Thermostatventil die Gefahr einer Überhitzung des Verbrennungsmotors und damit die Gefahr einer Zerstörung besteht, wird beispielsweise ab einer Temperatur TMOT von 115°C des Verbrennungsmotors ein Warnsignal gesetzt.
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In 3 sind in einer Tabelle Beispiele für Temperaturkombinationen bei in geöffnetem Zustand blockiertem Thermostatventil dargestellt. Wenn das Thermostatventil schon während der Warmlaufphase in geöffnetem Zustand blockiert hat, so erwärmt sich der Verbrennungsmotor gleichsinnig und gleich mit dem durch den Kühlmittelkühler strömenden Kühlmittel, d. h. die Temperatur TMOT des Verbrennungsmotors und die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers sind im wesentlichen gleich und verlaufen auch im wesentlichen gleich. Dies ist, solange sich die Umgebungstemperatur TU nicht ändert, ebenfalls ein sichers Anzeichen für ein im geöffneten Zustand blockiertes Thermostatventil.
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Sollte das Thermostatventil während einer Überlandfahrt nach einem Regelspiel in dem geöffneten Zustand blockieren, so sinken die Temperatur TMOT des Verbrennungsmotors, während die Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers ansteigt, bis sie etwa beide die gleiche Temperatur erreichen, sofern sich die Umgebungstemperatur TU nicht ändert. Auch dies ist ein sicheres Zeichen dafür, daß das Thermostatventil in geöffnetem Zustand blockiert hat.
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Wenn das Thermostatventil in geöffnetem Zustand blockiert, so besteht nicht Gefahr einer Überhitzung. Es muß deshalb nicht unbedingt ein Warnsignal gesetzt werden, das den Benutzer des Fahrzeuges auf diese Gefahr aufmerksam macht. In diesem Fall reicht es, wenn ein Signal erzeugt wird, das beispielsweise die Wartungsbedürftigkeit anzeigt.
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Wie vorstehend erläutert worden ist, sind dem Normalbetrieb bei funktionsfähigem Thermostatventil bestimmte Kombinationen der Temperatur TMOT des Verbrennungsmotors, der Temperatur TK AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers und der Umgebungstemperatur TU zugeordnet. Diese können in einer Art Kennfeld abgespeichert werden. Wenn dann die IST-Temperaturen gemessen und ihre Kombinationen mit den abgelegten Kombinationen der Temperaturen verglichen werden, so ist jeweils in einfacher Weise feststellbar, ob das Thermostatventil funktionsfähig ist oder in der geöffneten oder geschlossenen Stellung blockiert hat. Dabei kann dann abhängig von dieser Feststellung ein die entsprechende blockierte Stellung repräsentierendes Signal erzeugt werden.
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In gleicher Weise ist es auch möglich, in einer Art Kennfeld die Temperatur-Kombinationen abzulegen, die bei in geöffneter Stellung oder in geschlossener Stellung blockiertem Thermostatventil auftretenden Kombinationen entsprechen. In diesem Fall wird dann, wenn das Auftreten dieser Kombinationen festgestellt wird, ein entsprechendes Signal ausgelöst, das angibt, ob das Thermostatventil in der geöffneten oder geschlossenen Stellung blockiert ist.
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Wie in dem Vorstehenden schon erläutert worden ist, ist es auch möglich, eine Fehlfunktion des Thermostatventils an den Temperaturzuständen oder an den Temperaturzustandsänderungen zu erkennen, da diese sehr verschieden sind, wenn das Thermostatventil normal funtioniert oder in einer Stellung blockiert hat.
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Wenn – bei unveränderter Umgebungstemperatur T
U – die Motortemperatur T
MOT und die Temperatur T
K AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers sich gegensinnig ändern, so ist dies ein Indiz für eine Fehlfunktion des Thermostatventils. Wenn die Motortemperatur T
MOT steigt und die Temperatur T
K AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers sinkt oder konstant bleibt, so kann darauf geschlossen werden, daß das Thermostatventil in der geschlossenen Stellung blockiert hat. Wenn dagegen die Motortemperatur T
MOT sinkt und die Temperatur T
K AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers steigt, so kann daraus geschlossen werden, daß das Thermostatventil in der geöffneten Stellung blockiert hat. Wenn darüber hinaus die Motortemperatur T
MOT und die Temperatur T
K AUS – ebenfalls bei gleichbleibender Umgebungstemperatur – gleich sind und sich gleichsinnig ändern, so kann auf die Fehlfunktion des Thermostatventils geschlossen werden, in der das Thermostatventil in der geöffneten Stellung blockiert hat. Diese Erkennung einer Fehlfunktion ist beispielsweise mit der in
4 dargestellten Logikschaltung möglich. Ein Vergleicher
10 vergleicht die IST-Temperatur T
MOT des Verbrennungsmotors mit der IST-Temperatur T
K AUS am Austritt des Kühlmittelkühlers. Sind diese beiden Temperaturen gleich, so werden sie von einem Negierungselement
11 an ein UND-Glied
12 weitergeleitet. Ein weiterer Vergleicher
13 vergleicht die Umgebungstemperatur
mit der Temperatur T
K AUS und legt ein Signal an den zweiten Eingang des UND-Gliedes
12. Der Ausgang des UND-Gliedes ist an den Eingang eines ODER-Gliedes
14 angelegt, das ein Signal
15 ausgibt, das anzeigt, daß das Thermostatventil offen ist.
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Ein Vergleicher 16 vergleicht die Motortemperaturen TMOTn und TMOTn+1 zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und legt dessen Signal an den Eingang eines UND-Gliedes 18, dessen Ausgang negiert ist. An den zweiten Eingang des UND-Gliedes 18 ist der Ausgang eines Vergleichers 17 angeschlossen, der die Temperatur TK AUSn und TK AUSn+1 von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten am Austritt des Kühlmittelkühlers vergleicht und bei einer positiven Differenz ein Signal an das UND-Glied 18 abgibt. An den zweiten Eingang des ODER-Gliedes 19, an dessen einen Eingang der negierte Ausgang des UND-Gliedes 18 angeschlossen ist, ist der Ausgang eines UND-Gliedes 22 angeschlossen, an dessen Eingang ein Vergleicher 20 und ein Vergleicher 21 angeschlossen sind. Der Vergleicher 20 vergleicht die Motortemperatur TMOT M+1 von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und gibt bei positivem Unterschied ein Signal an das UND-Glied 22. Der Vergleicher 21 vergleicht die Temperatur TK AUS M und TK AUS M+1 von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und gibt ebenalls bei einem positiven Unterschied ein Signal an den Eingang des UND-Gliedes 22.
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Der Ausgang des ODER-Gliedes 19 ist an einen Eingang eines UND-Gliedes 25 angeschlossen, dessen Ausgang an den zweiten Eingang des ODER-Gliedes 14 angeschlossen ist. An das 3-fache UND-Glied 25 sind die Ausgänge eines Vergleichers 23 angeschlossen, der die SOLL-Temperatur TMOT SOLL mit der IST-Temperatur TMOT IST vergleicht. An den dritten Eingang des UND-Gliedes ist ein Vergleicher 24 angeschlossen, der die Umgebungstemperatur TU mit der IST-Temperatur TK AUS vergleicht.