DE60013082T2

DE60013082T2 - Kühlungsregelungsvorrichtung einer Fahrzeugbrennkraftmaschine während eines Heissstarts

Info

Publication number: DE60013082T2
Application number: DE60013082T
Authority: DE
Inventors: Ngy Srun Ap; Mathieu Chanfreau; Arnaud Maire
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: FR2803334A1; EP1113157B1; DE60013082D1; FR2803334B1; US20010017110A1; ATE274137T1; US6470838B2; EP1113157A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlregelung eines Wärmekraftmotors für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Dokument EP-A-0965737 bekannt.
Bei aktuellen Kraftfahrzeugen mit Wärmekraftmotor umfasst die Kühlvorrichtung einen Kühlkreislauf, der von einem Fluid durchlaufen wird, das im Allgemeinen Wasser ist, das mit einem Frostschutzmittel versetzt ist. Dieser Kreislauf umfasst einen Kühlzweig, der einen Kühler beinhaltet, der mit einem Lüftersatz verknüpft ist, sowie einen Heizzweig, der einen Lufterwärmer enthält. Der Kühler wird von einem Außenluftstrom überstrichen, der durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder den Lüftersatz in Bewegung versetzt wird. Der Kühlzweig kann ebenso ein gesteuertes Ventil umfassen.
Der Heizzweig beinhaltet einen Lufterwärmer, das heißt einen Heizkörper, der von einem Luftstrom durchquert wird, der durch einen Pulsierer in Bewegung versetzt wird. Dieser Luftstrom wird dann durch geeignete Düsen in den Fahrgastraum geleitet und darin verteilt. Der Lufterwärmer ist Teil einer Heiz- und/oder Klimaanlage mit einstellbaren, luftthermischen Parametern.
Es kommt häufig vor, dass der Fluiddurchfluss im Lufterwärmer nicht ausreichend ist, um einen guten Wirkungsgrad des Wärmeübergangs zu gewährleisten und damit nicht ausreicht, um das Heizen des Fahrgastraums zu gewährleisten, insbesondere wenn der Motor langsam dreht.
Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, diese vorgenannten Nachteile zu überwinden.
Sie zielt insbesondere darauf, die Kühlung des Motors in einem Warmstartzustand des Motors zu regeln, der auch Wiederanlasszustand genannt wird.
Die Erfindung schlägt hierzu eine Vorrichtung nach Anspruch 1 vor.
Die Vorrichtung der Erfindung ermittelt somit zunächst, ob der Motor sich im Warmstartzustand befindet, und steuert, wenn dies der Fall ist, die Drehzahl der Pumpe und/oder die Drehzahl des Lüftersatzes unter ausgewählten Bedingungen, das heißt in Abhängigkeit von zumindest einem vorgegebenen Gesetz.
Die Vorrichtung berechnet insbesondere die Drehzahl der Pumpe (und damit ihren Durchfluss) und die Drehzahl des Lüftersatzes, um während der Dauer dieses Warmstartzustands eine optimale Regelung zu gewährleisten.
Die Mittel zum Herstellen des Warmstartzustands des Motors umfassen Mittel, um den Betrieb des Motors bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null zu erfassen, und Mittel, um eine für den thermischen Zustand des Motors repräsentative Temperatur zu schätzen oder zu messen und sie mit zumindest einem gegebenen Grenzwert zu vergleichen.
Diese für den thermischen Zustand des Motors repräsentative Temperatur ist vorteilhafterweise die Temperatur des Fluids am Auslass des Motors.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, sind die zweiten Mittel in der Lage:

– entweder den Lüftersatz auf eine minimale Drehzahl zu steuern, wenn die Temperatur des Fluids größer als ein erster Grenzwert ist,
– oder andernfalls den Lüftersatz zu stoppen, wenn die Temperatur des Fluids kleiner als dieser erste Grenzwert und größer als ein zweiter Grenzwert ist.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die zweiten Mittel außerdem in der Lage:
– entweder die Pumpe auf eine minimale Drehzahl zu steuern, wenn der Heizbedarf Null ist;
– oder andernfalls die Pumpe in Abhängigkeit von einer Sättigungsdrehzahl zu steuern, wenn der Heizbedarf positiv ist.

Die Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, dass der Kühlzweig außerdem ein gesteuertes Ventil beinhaltet. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die zweiten Mittel außerdem dieses gesteuerte Ventil in Abhängigkeit von der Temperatur des Fluids einstellen können.
Man sieht insbesondere vorteilhafterweise vor, dass diese zweiten Mittel in der Lage:

– entweder das gesteuerte Ventil in eine Zwischenstellung zu bringen, die einen vorgegebenen Temperaturunterschied des Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass des Motors ergibt, wenn die Temperatur des Fluids größer als ein erster Grenzwert ist;
– oder andernfalls das gesteuerte Ventil zu schließen, wenn die Temperatur des Fluids kleiner als dieser erste Grenzwert und größer als ein zweiter Grenzwert ist.

Die Zwischenstellung des gesteuerten Ventils entspricht einem maximalen Temperaturunterschied, der etwa 10°C betragen kann.
Die zuvor definierten ersten Temperaturgrenzwerte und zweiten Temperaturgrenzwerte können zum Beispiel etwa 110°C und etwa 50°C betragen.
In der folgenden Beschreibung, die nur Beispiele betrifft, wird auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen:
1 ist eine Skizze, die einen Wärmekraftmotor zeigt, der an eine Anlage zur Heizung des Fahrgastraums eines Fahrzeugs sowie an eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung angekoppelt ist;
2 ist ein Organigramm der Funktionsweise der Vorrichtung in einer Ausführungsform; und
3 ist eine Kurve, die die Schwankungen des Sättigungsdurchflusses der Pumpe in dem Lufterwärmer der Heizanlage veranschaulicht.
Es wird zunächst Bezug auf 1 genommen, die eine Kühlvorrichtung zeigt, die an einen Wärmekraftmotor M für ein Kraftfahrzeug angekoppelt ist. Diese Vorrichtung umfasst einen Kühlkreislauf 1, der von einem Kühlfluid wie beispielsweise Wasser durchlaufen wird, zu dem ein Frostschutzmittel, wie beispielsweise Glykol, hinzugefügt ist. Dieses Fluid kann unter der Wirkung einer Pumpe 2 zirkulieren, die "elektrische Pumpe" genannt wird und durch einen Elektromotor mit variabler Drehzahl angetrieben wird. Der Kreislauf 1 umfasst einen Kühlzweig 3 und einen Heizzweig 4, in denen das Fluid unter der Wirkung der elektrischen Pumpe 2 strömt.
Der Kühlzweig 3 enthält einen Kühler 5, der mit einem Lüftersatz 6 verbunden ist, der einen Propeller 7 umfasst, der durch einen Elektromotor mit variabler Drehzahl in Drehung versetzt wird. Der Zweig 3 enthält außerdem stromaufwärts vom Kühler 5 ein gesteuertes Ventil 8, das auch "gesteuerter Thermostat" genannt wird und insbesondere entweder durch einen Elektroschrittmotor oder durch ein Heizelement betätigt wird.
Der Heizzweig 4 enthält einen Lufterwärmer 9, der auch "Heizkörper" genannt wird und Teil einer Anlage 10 zum Heizen und/oder Klimatisieren des Fahrgastraums des Fahrzeugs ist.
Der Kühler 5 kann von einem Luftstrom durchquert werden, dessen Geschwindigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und derjenigen des Lüftersatzes abhängt. Der Lufterwärmer 9 kann von einem Luftstrom durchquert werden, der durch einen (nicht dargestellten) Pulsierer in Bewegung versetzt werden kann und dann durch geeignete Düsen im Fahrgastraum verteilt werden kann.
Die Vorrichtung der Erfindung umfasst ein Steuermodul 11, das auch Rechner genannt wird und zum Beispiel in Form eines Mikroprozessors oder eines ASIC ausgeführt sein kann. Dieser Rechner ist durch Steuerleitungen L1, L2 beziehungsweise L3 mit der elektrischen Pumpe 2, dem Lüftersatz 6 und dem gesteuerten Ventil verbunden. Dieser Rechner bestimmt in Abhängigkeit von Parameter, die noch genauer beschrieben werden, die Drehzahl Np der Pumpe 2 (die ihren Durchsatz bestimmt), die Drehzahl Ng des Lüftersatzes 6 und die Position Pv des gesteuerten Ventils 8. Er berücksichtigt ein oder mehrere Optimierungsregeln, die in den Speichermitteln enthalten sind.
Die Vorrichtung der Erfindung zielt darauf, die Kühlung des Motors in einem besonderen Zustand, dem so genannten "Warmstartzustand", abgekürzt mit EDC, zu regeln, den man auch Wiederanlasszustand nennen kann. In diesem Betriebszustand wird der Motor von neuem angelassen, während er noch warm ist und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs Null ist (gestopptes Fahrzeug). Bei herkömmlichen Kühlvorrichtungen ist die Pumpe, die das Fluid in dem Kreislauf in Bewegung versetzt, eine mechanische Pumpe, die an den Motor angekoppelt ist, so dass die Drehzahl der Pumpe proportional zu derjenigen des Motors ist. Daraus folgt, dass die Drehzahl der Pumpe im Warmstartzustand nicht optimal ist.
Bei den bekannten Vorrichtungen wird der Lüftersatz zudem üblicherweise in Abhängigkeit von thermischen Schaltern in direkter Beziehung zu der in dem Kreislauf gemessenen Temperatur des Fluids betätigt.
Bei der Erfindung gestattet es der Rechner, die Kühlung des Motors in diesem besonderen Zustand in Abhängigkeit von spezifischen Parameter zu steuern.
Die Vorrichtung der Erfindung definiert eine Steuerstrategie für die Pumpe, den Lüftersatz und das gesteuerte Ventil, die in Abhängigkeit von bestimmten Eingangsdaten die Drehzahl der Pumpe, die Drehzahl des Lüftersatzes und die Position des gesteuerten Ventils berechnet. Diese Strategie ist konform zu der Optimierungsregel oder den -regeln des Rechners.
Im folgenden wird von der Annahme ausgegangen, dass der Heizzweig 4 kein Regelventil beinhaltet und dass die Steuerung des (nicht dargestellten) Pulsierers, der mit dem Lufterwärmer 9 verknüpft ist, nicht berücksichtigt wird.
Im Beispiel sind die Eingangsdaten des Rechners 11 (1) Messwerte der folgenden Größen:

– Temperatur der Umgebungsluft: Ta,
– Drehzahl des Motors: Nmot,
– Last des Motors: Cmot,
– Temperatur des Fluids (Wassers) am Auslass des Motors: Te,
– Heizeinstellung: Dch, und
– Kontakt des Motors.

Die Temperatur der Umgebungsluft Ta wird durch einen geeigneten Aufnehmer außerhalb des Fahrzeugs erfasst.
Die Drehzahl des Motors Nmot entspricht der Zahl der Umdrehungen des Motors und wird zum Beispiel durch einen Einspritzrechner geliefert.
Die Last des Motors Cmot wird zum Beispiel durch die Position des Gaspedals, die Position einer Vergaserklappe, etc. geliefert.
Die Temperatur des Fluids am Auslass des Motors Te wird durch einen geeigneten Temperaturaufnehmer geliefert.
Die Heizeinstellung Dch wird durch einen Prozentwert des maximalen Heizbedarfs definiert.
Diese Position kann direkt durch ein manuelles Einstellorgan geliefert werden oder im Falle einer automatischen Heiz/Klimaanlage auch auf der Basis der Solltemperatur und der Temperatur des Fahrgastraums.
Diese Heizeinstellung kann folglich zwischen 0% (kein Heizbedarf) und 100% (maximaler Heizbedarf) liegen.
Der Rechner 11 kann auch eine "Kontakt" genannte Eingangsinformation empfangen, um ein Signal bereitzustellen, das anzeigt, dass der Wärmekraftmotor arbeitet und dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs Null ist (Fahrzeug gestoppt).
Es wird nun Bezug auf das Organigramm von 2 genommen, um die Funktionsweise des Rechners 11 zu zeigen, der die elektrische Pumpe 2, den Lüftersatz 6 und das gesteuerte Ventil 8 ansteuert.
Der Rechner 11 umfasst Rechenmittel 12, die durch eine Vergleichsvorrichtung 13 ermitteln, ob der Motor M sich im Warmstartzustand EDC befindet. Hierzu muss der Motor arbeiten, das heißt, seine Drehzahl einen gegebenen Grenzwert, zum Beispiel 400 Umdrehungen/Minute, überschreiten, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs Null sein und die Temperatur des Fluids Te größer als die Umgebungstemperatur sein, das heißt praktisch größer als ein vordefinierter Grenzwert.
Wenn der Vergleich negativ ist, das heißt, wenn der Motor nicht im Warmstartzustand EDC ist, wird die Kühlung durch andere Rechenmittel 14 gesteuert, die einem normalen Betriebsmodus entsprechen und nicht Teil der Erfindung sind.
Wenn der Vergleich hingegen positiv ist, wird ein Warmstartzustand EDC festgestellt.
In diesem Fall empfängt der Rechner ein Signal, das dem Wert der Temperatur des Fluids Te entspricht. Es handelt sich um einen Istwert, von dem angenommen sei, dass er größer als die Umgebungstemperatur ist.
Im Beispiel wird dieser Istwert Te zunächst mit einem ersten Grenzwert Tel verglichen, der zum Beispiel in der Größenordnung 110°C liegt. Dieser erste Vergleich erfolgt durch eine Vergleichsvorrichtung 15.
Wenn das Resultat dieses Vergleichs positiv ist, das heißt, wenn Te größer als Tel ist, dann berücksichtigt der Rechner auf Höhe einer Vergleichsvorrichtung 16 den Heizbedarf DCH.
Am Ausgang der Vergleichsvorrichtung 15 ist eine weitere Vergleichsvorrichtung 17 vorgesehen, die den Istwert Te einerseits mit diesem ersten Grenzwert Te1 und andererseits mit einem zweiten Grenzwert Te2 vergleicht, der selber kleiner als Te1 ist. Dieser Grenzwert Te2 kann beispielsweise in der Größenordnung von 50°C liegen.
Wenn der Vergleich positiv ist, das heißt, wenn es sich herausstellt, dass Te zwischen Te2 und Tel liegt, dann berücksichtigt der Rechner auf Höhe einer weiteren Vergleichsvorrichtung 18 den Heizbedarf.
Die Vergleichsvorrichtung 16 berücksichtigt den Heizbedarf. Wenn es keinen Heizbedarf gibt (Heizeinstellung – 0), dann stellt der Rechner die folgenden Betriebsbedingungen her:
– er steuert den Lüftersatz so, dass seine Drehzahl minimal ist, so dass Ng = Ngmin gilt.
Er steuert auch die Pumpe derart, dass ihre Drehzahl minimal ist, so dass Np = Npmin gilt.
Der Rechner stellt ebenso die Position des gesteuerten Ventils so ein, dass sich ein Temperaturunterschied DT ergibt, der einen gegebenen Maximalwert (DTmax) von zum Beispiel 10°C erreicht.
Wenn der Heizbedarf positiv ist, dann stellt der Rechner in der Vorrichtung die folgenden Bedingungen her:

– die Drehzahl des Lüftersatzes ist auf ein Minimum eingestellt, das heißt Ng = Ngmin, und
– die Drehzahl der Pumpe ist proportional zu einer Sättigungsdrehzahl, das heißt Np = Nsat.

Als Sättigungsdrehzahl Nsat wird hier die Drehzahl der Pumpe bezeichnet, die es gestattet, im Lufterwärmer einen Sättigungsdurchfluss zu erzielen. Dieser Sättigungsdurchfluss entspricht dem Durchfluss des Fluids, der es gestattet, 90% eines asymptotischen Wärmestroms für einen gegebenen Luftdurchfluss zu erhalten. 3 stellt die Schwankungen des Wärmestroms FT in Abhängigkeit vom Durchfluss des Fluids Qf dar, wobei der Sättigungsdurchfluss mit Qsat bezeichnet ist.
Die Position des Ventils wird so eingestellt, dass der Temperaturunterschied DT zwischen dem Einlass und dem Auslass des Motors kleiner oder gleich DTmax ist, zum Beispiel 10°C wie im vorhergehenden Fall.
In den zwei obigen Fällen, wird der Motor folglich abkühlen, bis die Temperatur des Fluids abnimmt und einen optimalen Wert erreicht.
Die Vergleichsvorrichtung 18 berücksichtigt ebenso den Heizbedarf. Falls kein Heizbedarf vorhanden ist, stellt der Rechner in die Vorrichtung die folgenden Bedingungen her:

– Drehzahl der Pumpe Np ist auf einen minimalen Wert Npmin gesetzt, und
– die Drehzahl des Lüftersatzes ist auf den Wert Null gesetzt (gestoppter Ventilator).
– die Position des Ventils = 0; dies entspricht dem Verschluss des gesteuerten Ventils.

Wenn es einen Heizbedarf gibt, stellt die Vergleichsvorrichtung 18 in der Vorrichtung die folgenden Bedingungen her:

– die Drehzahl des Lüftersatz ist Null,
– die Drehzahl der Pumpe Np ist auf einen Sättigungswert Nsat festgesetzt, und
– die Position des gesteuerten Ventils ist Null, das heißt das gesteuerte Ventil ist geschlossen.

In den zwei letzten Fällen wird der Motor erwärmt bis die Temperatur des Fluids einen optimalen Wert erreicht.
Es versteht sich, dass das obige Organigramm Regeln definiert, die in einem Rechner durch Mittel integriert sein können, die einem Fachmann an sich bekannt sind. Der Rechner kann zum Beispiel Speichermittel mit Umsetzungstabellen beinhalten, um die Werte der Parameter in Abhängigkeit von definierten Größen festzulegen.
Wenn ein Warmstartzustand festgestellt ist, gestattet es die Vorrichtung der Erfindung auf diese Weise, die Kühlung unter optimalen Bedingungen zu steuern, indem auf die Drehzahl der Pumpe, die Drehzahl des Lüftersatzes und die Position des gesteuerten Ventils Einfluss genommen wird.
Diese Parameter werden im Wesentlichen in Abhängigkeit von der Isttemperatur des Fluids im Kühlkreislauf und vom Heizbedarf berechnet, wie er beispielsweise durch den oder die Passagiere des Fahrzeugs vorgegeben wird.

Claims

Vorrichtung zur Kühlregelung eines Wärmekraftmotors für ein Kraftfahrzeug der Art mit einem Kühlkreislauf (1), der durch die Wirkung einer Pumpe (2) von einem Kühlfluid durchströmt wird, wobei dieser Kreislauf einen Kühlzweig (3) umfasst, der einen Kühler (5) beinhaltet, der mit einem Lüftersatz (6) verknüpft ist, sowie einen Heizzweig (4), der einen Lufterwärmer (9) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) und der Gebläsesatz (6) jeweils durch einen Elektromotor mit variabler Drehzahl betätigt werden, und dass die Vorrichtung folgendes umfasst: – erste Mittel (11) zum Herstellen eines Warmstartzustands (EDC) des Motors in Abhängigkeit von ausgewählten Bedingungen und – zweite, in diesem Warmstartzustand aktive Mittel (11), um in Abhängigkeit von einer ersten, für die Temperatur (Te) des Fluids repräsentativen Größe und einer zweiten, für den Heizbedarf (Dch) repräsentativen Größe die Drehzahl (Np) der Pumpe (2) und die Drehzahl (Ng) des Lüftersatzes (6) unter ausgewählten Bedingungen unter Berücksichtigung zumindest eines vorgegebenen Gesetzes zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Herstellen des Warmstartzustands (EDC) des Motors (M) Mittel umfassen, um den Betrieb des Motors bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null zu erfassen, und Mittel, um eine für den thermischen Zustand des Motors repräsentative Temperatur (Te) zu schätzen oder zu messen und sie mit zumindest einem gegebenen Grenzwert (Te1, Te2) zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für den thermischen Zustand des Motors repräsentative Temperatur (Te) die Temperatur des Fluids am Auslass des Motors ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel (11) in der Lage sind: – entweder den Lüftersatz (6) auf eine minimale Drehzahl (Ngmin) zu steuern, wenn die Temperatur des Fluids (Te) größer als ein erster Grenzwert (Te1) ist, – oder andernfalls den Lüftersatz (6) zu stoppen, wenn die Temperatur des Fluids (Te) kleiner als dieser erste Grenzwert (Te1) und größer als ein zweiter Grenzwert (Te2) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel (11) in der Lage sind: – entweder die Pumpe (2) auf eine minimale Drehzahl (Npmin) zu steuern, wenn der Heizbedarf (Dch) Null ist; – oder andernfalls die Pumpe (2) in Abhängigkeit von einer Sättigungsdrehzahl (Nsat) zu steuern, wenn der Heizbedarf (Dch) positiv ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlzweig (3) außerdem ein gesteuertes Ventil (8) umfasst, und dass die zweiten Mittel außerdem in der Lage sind, das gesteuerte Ventil (8) in Abhängigkeit von der Temperatur des Fluids (Te) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel in der Lage sind: – entweder das gesteuerte Ventil (8) in eine Zwischenstellung zu bringen, die einen vorgegebenen Temperaturunterschied (DT) des Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass des Motors ergibt, wenn die Temperatur des Fluids (Te) größer als ein erster Grenzwert (Te1) ist; – oder andernfalls das gesteuerte Ventil (8) zu schließen, wenn die Temperatur des Fluids (Te) kleiner als dieser erste Grenzwert (Te1) und größer als ein zweiter Grenzwert (Te2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstellung des gesteuerten Ventils (8) einem maximalen Temperaturunterschied (DTmax) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Temperaturunterschied (DTmax) etwa 10°C ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzwert (Te1) etwa 110°C und der zweite Grenzwert (Te2) etwa 50°C beträgt.