Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, wobei ein Temperatursensor die Temperatur des Kühlmittels erfasst und ein erstes Steuergerät die Kühlmitteltemperatur steuert und/oder regelt um einen vorgegebenen Temperatursollwert zu erreichen, wobei ein weiteres
Steuergerät vorgesehen ist, dessen Signale dem ersten Steuergerät zugeführt werden, wobei das weitere Steuergerät an das erste Steuergerät Signale über einen ermittelten Fahrertyp des Kraftfahrzeugs weiterleitet und je nachdem, ob der Fahrertyp als ökonomisch oder sportlich eingestuft wird, das erste Steuergerät den Temperatursollwert vorgibt.
Des Weiteren betrifft das Verfahren eine Vorrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine sowie einer Kühleinrichtung umfassend ein Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln eines Solltemperaturwertes eines Kühlmittels sowie einen Temperatursensor zum Messen des Temperaturistwertes und ein Ventil zum Einstellen eines Kühlmittelvolumenstroms zu einem Kühler und/oder zu der Brennkraftmaschine, wobei ein zweites Steuergerät vorgesehen ist, das mit dem ersten Steuergerät zusammenwirkt, um an dieses eine Angabe bezüglich des Fahrertyps, nämlich einen sportlichen oder
ökonomischen Fahrertyp, weiterzuleiten und aufgrund dieser Angabe ein Temperatursollwert vom ersten Steuergerät bestimmbar ist .
Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind bspw. aus der DE 199 51 362 AI bekannt, die ein Verfahren zum Regeln der Kühlwassertemperatur offenbart, wobei ein Temperatursensor die Kühlwassertemperatur erfasst und ein Steuergerät für die Kühlwassertemperatur wenigstens ein Ventil und/oder einen Lüfter betätigt, um einen vorgegebenen Temperatursollwert des Kühlwassers zu erhalten, wobei ein weiterer Sensor bzw. ein Motor- oder Fahrzeugsteuergerät vorgesehen ist, dessen Signale dem ersten Steuergerät zugeführt werden, wobei das erste Steuergerät hieraus einen Temperatursollwert bestimmt. Die Bestimmung des Sollwertes kann hierbei in Abhängigkeit vom Fahrertyp bspw. einem sportlichen oder einem ökonomisch fahrenden Fahrer vorgegeben werden.
Auf diese Weise soll der Abgaswert sowie der
Kraftstoffverbrauch optimiert werden bzw. minimiert werden.
Des Weiteren ist es bspw. aus der DE 41 09 498 AI bekannt, die Temperatur einer Brennkraftmaschine so zu regeln, dass aufgrund unterschiedlicher Einsatzbedingungen verschiedene Temperatursollwertbereiche für die Temperaturregelung herangezogen werden. Als Einsatzbedingung können insbesondere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, unter anderem die Zuschaltung von Nebenaggregaten sowie Störungen der Brennkraf maschine benannt sein. Je nachdem, welche Priorität die verschiedenen Einsatzbedingungen haben, wird der Sollwert der Kühlwassertemperatur eingestellt .
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Brennkraftmaschine anzugeben, wodurch insbesondere für den ökonomischen Fahrer der Kraftstoffverbrauch weiter gesenkt werden kann, ohne dass für den sportlichen Fahrer Leistungsverluste bemerkbar sind und insgesamt die Emissionen gesenkt werden können.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem der Volumenstrom des Kühlmittels zur Kühlung der Brennkraftmaschine durch das Steuergerät in Abhängigkeit vom ermittelten Fahrertyp geregelt und/oder gesteuert wird.
Alternativ wird die Aufgabe durch eine entsprechende Vorrichtung gelöst .
Es ist bekannt, dass der Wirkungsgrad einer mit einem Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine im Teillastbereich gesteigert werden kann, wenn die Temperatur dieses Kühlmittels über den heute meist eingestellten Werten von 95 ° Celsius auf einen Grad von 105 - 115 ° Celsius angehoben wird. Im Vollastbereich muss die Temperatur des Kühlmittels allerdings wieder abgesenkt werden, um Beschädigung der Brennkraftmaschine und/oder Leistungsverluste zu begrenzen. Das vorliegende Verfahren eröffnet nun weitere Möglichkeiten einer Temperaturregelung des Motors mit höherer Temperatur im Teillastbetrieb und geringerer Temperatur im Vollastbetrieb, mit dem das Problem des Klopfens bzw. des Leistungsverlustes im Übergang vom Teillast- zum Volllastbetrieb minimiert werden kann.
So ist es zum einen vorteilhaft, den Fahrertyp mit in die Betriebsparameter einzubeziehen, die das Verfahren zur Steuerung verwendet, wobei hierbei die üblichen Algorithmen zur Bestimmung eines Fahrertyps herangezogen werden sollen,
wonach zur Bestimmung eines sportlichen Fahrertyps herangezogen wird, ob häufige und schnelle Lastwechsel durchgeführt werden und bei seltenen und langsamen Lastwechseln auf einen ökonomischen Fahrertyp geschlossen wird.
Wird nun auch die Menge des Kühlmittels, die zur Brennkraftmaschine fließt/ also der Kuhlmittelvolumenstrom, von dem Fahrertyp abhängig gemacht, kann so die Gefahr von lokalen Überhitzungen an besonders heißen Stellen des Zylinderkopfes, wie sie bspw. bei einer starken und schnellen Erhöhung der Motorlast auftreten können, weiter vermieden werden.
Hierbei ordnet z. B. das Verfahren einem ökonomischen
Fahrertyp insbesondere im Teillastbetrieb einen relativ geringen Kuhlmittelvolumenstrom zu. So wird einerseits wenig Energie zum Umpumpen des Kühlmittels benötigt und andererseits bereits in der Aufwärmphase des Motors schneller die gewünschte Temperatur erreicht. Beide
Parameter wirken sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch aus .
Tritt jedoch dann eine schnelle und starke Lasterhöhung auf, muss erst ein hoher Kuhlmittelvolumenstrom erreicht werden, bevor das Kühlmittel die nun stark gestiegene Abwärme des Motors abführen kann. Ist also damit zu rechnen, dass schnelle und starke Lasterhöhungen auftreten, da der Fahrertyp eher sportlich ist, ordnet das Verfahren diesem von vornherein einen höheren Kuhlmittelvolumenstrom zu (auch im Teillastbetrieb) als einem ökonomischen Fahrertyp. Damit steht im Falle einer schnellen und starken Lasterhöhung sofort ein ausreichender Volumenstrom zur Verfügung, um die Abwärme sicher abzuführen. Ein derartig höherer Kuhlmittelvolumenstrom und damit auch ein erhöhter
Kraftstoffverbrauch ist für einen sportlichen Fahrer eher akzeptabel .
Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Kühlmitteltemperatur zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert durch das Steuergerät gesteuert und/oder geregelt wird. Insbesondere können als unterer Grenzwert die bisher üblichen 95 ° Celsius und als oberer Grenzwert ein Wert zwischen 105 und 115 ° Celsius angesetzt werden.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass Temperaturen außerhalb dieses Temperaturrahmens nicht angefahren werden.
Bei der Bestimmung des Fahrertyps kann entweder nur eine Auswahl zwischen einem ökonomischen und einem sportlichen Fahrertyp gegeben sein, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Zwischenwerte festgelegt werden können, wobei diese kontinuierlich oder in diskreten Schritten bestimmbar sein können. Es können hierbei dann auch zwischen den beiden zuvor genannten Grenzwerten Zwischenwerte eingestellt werden. Es kann hierzu also ein lediglich digitaler Wahlschalter zwischen "sportlich" und "ökonomisch" vorgesehen sein, es kann jedoch auch vorgesehen sein, das der Wahlschalter mehrere Zwischenstufen anfahren kann.
Es kann nach einem ersten Ausführungsbeispiel dabei vorgesehen sein, dass die Kühlmitteltemperatur umso näher bei dem oberen Grenzwert liegt, je mehr der Fahrertyp als ökonomischer Fahrertyp eingestuft wird. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass insbesondere im Teillastbetrieb für den ökonomischen Fahrertyp eine höhere Kühlwassertemperatur eingestellt werden kann als für den sportlichen Fahrertyp. Bei Zwischenwerten kann vorgesehen sein, dass die Kühlmitteltemperatur umso geringer eingestellt wird, je
näher dieser Zwischenwert am Fahrertyp "sportlich" liegt. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn es bei Teillast verwirklicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann nun einem sportlichen Fahrertyp auch bei Teillastbetrieb des Motors einen niedrigeren
Temperatursollwert des Kühlmittels zuordnen als einem ökonomischen Fahrertyp. Die Kühlmitteltemperatur wird damit umso mehr am unteren Grenzwert liegen, insbesondere im Teillastbetrieb, je mehr der Fahrertyp als sportlicher Fahrertyp eingestuft wird. So ist bei einem sportlichen
Fahrertyp die Gefahr des Leistungsverlustes bei Wechsel vom Teillastbetrieb in den Volllastbetrieb geringer, wenn auch um den Preis eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs. Der ökonomische Fahrertyp erzielt wegen der erhöhten Kühlmitteltemperatur im Teillastbetrieb einen geringeren Kraftstoffverbrauch, der allerdings mit einem höheren Risiko des Leistungsverlustes im Übergang vom Teillastbetrieb zum Vollastbetrieb einhergeht. Es kann dabei vorgesehen sein, dass ein Verstellen in Richtung des oberen Grenzwertes auch beim ökonomischen Fahrertyp nur dann vorgesehen ist, wenn die Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb betrieben wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für den sportlichen Fahrertyp selbst bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine kein Verstellen in Richtung des oberen Grenzwertes erfolgt. Es erscheint für einen sportlichen Fahrertyp eher akzeptabel, diese niedrigere Kühlwassertemperatur und damit den erhöhten Kraftstoffverbrauch in Kauf zu nehmen, anstelle des Leistungsverlustes.
Insbesondere kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der sportliche Fahrer einen höheren Kühlmittelstrom zugeordnet bekommt, zumindest im Teillastbetrieb, als der ökonomische Fahrertyp. Aufgrund
dieser Zuordnung verringert sich bei einem sportlichen Fahrer die Gefahr von lokalen Überhitzungen an besonders heißen Stellen im Zylinderkopf, wie sie sonst bei einer starken und schnellen Erhöhung der Motorlast auftreten können. Auf der anderen Seite wird jedoch ein erhöhter
Kraftstoffverbrauch erzielt, da mehr Kühlmittel umgepumpt werden muss .
Es kann vorgesehen sein, dass dem ökonomischen Fahrertyp lediglich im Teillastbetrieb ein niedrigerer
Kuhlmittelvolumenstrom zugeordnet wird und dass im Volllastbetrieb der Kühlmittelstrom für den sportlichen und für den ökonomischen Fahrer gleich ist .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass beim sportlichen Fahrertyp auch im Teillastbetrieb keine Anpassung des Kühlmittelvolumenstroms vorliegt, d. h. dass der Kuhlmittelvolumenstrom für den sportlichen Fahrer stets gleich hoch ist .
Auf diese Weise können Leistungsverluste und die Gefahr von Überhitzung des Motors noch besser verhindert werden.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet ist .
Des Weiteren betrifft die Erfindung die bereits beschriebene Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine insbesondere ein Steuer- und/oder Regelgerät wie es vorstehend beschrieben ist, umfassen kann.
Bei dem Steuergerät, das als zweites Steuergerät dient, kann es sich insbesondere um das elektronische Motorsteuergerät handeln.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Anmeldungsunterlagen. Die Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander für die Erfindung wesentlich sein.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt
Figur 1 ein Prinzipschaltbild eines Kühlkreislaufes eines Verbrennungsmotors .
Der Verbrennungsmotor umfasst hierbei eine Brennkraftmaschine 10 sowie eine Kühlmittelpumpe 12, die das Kühlmittel zum Kühlen der Brennkraftmaschine 10 durch einen Kühlkreislauf pumpen kann. Die Kühlmittelpumpe 12 kann hierbei entweder über einen Riemen direkt von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 angetrieben werden oder es kann sich um eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe handeln.
Die Kühlmittelpumpe 12 ist hierbei mit einer Einrichtung zur Variierung des Kühlmittelvolumenstroms 14 verbunden. Insbesondere wenn es sich bei der Kühlmittelpumpe 12 um eine elektrische Kühlmittelpumpe handelt, ist die Variation des Volumenstroms besonders einfach vorzunehmen.
Über eine Kühlmittelleitung 16 kann das Kühlmittel entweder vollständig oder ein Teil davon über einen Kühler 18
strömen und dadurch abgekühlt werden.
Über ein Thermostatventil 20 sowie eine Bypassleitung 22 kann erzielt werden, dass Kühlmittel am Kühler 18 vorbeiströmen kann. Eine derartige Bypassleitung 22 kann optional vorgesehen werden.
Über eine weitere Kühlmittelleitung 24 wird Kühlmittel vom Verbrennungsmotor 10, also der Brennkraftmaschine, über einen Heizungswärmetauscher 26 zur Kühlmittelpumpe 12 geleitet. Über den Heizungswärmetauscher 26 kann bspw. ein Fahrgastraum geheizt werden.
Das Thermostatventil 20 kann dabei über eine Stelleinrichtung 28 von einem elektronischen ersten Steuergerät 30 betätigt werden. Je nach Stellung des Ventils 20 fließt ein mehr oder minder großer Teil des Kühlmittelvolumenstroms über den Kühler 18 und wird abgekühlt. Durch die Mischung von Kühlmittel, das über den Kühler abgekühlt wurde und Kühlmittel, das über die
Bypassleitung 22 und/oder den Heizungswärmetauscher 26 fließt, kann die Temperatur des Kühlmittels am Eingang der Brennkraftmaschine 10 durch das elektronische Steuergerät 30 eingestellt werden.
Darüber hinaus ist im Kühlkreislauf mindestens ein Temperatursensor 32 vorgesehen, über den das Steuergerät 30 die Temperatur des Kühlmittels bestimmen kann, also die Isttemperatur .
Darüber hinaus ist ein zweites elektronisches Steuerungsgerät 34 vorgesehen, wobei es sich hier insbesondere um das Motorsteuergerät handeln kann. Dieses zweite Steuergerät 34 bestimmt aus einem gemäß dem Stand der Technik bekannten Verfahren (insbesondere für die
Getriebesteuerung) einen Fahrertyp im Bereich zwischen ökonomisch und sportlich. Es können hierbei zwischen diesen zwei Werten eine endliche Anzahl von Zwischenwerten vorgesehen sein, die ebenfalls eingestellt werden können. Das Steuergerät 34 wertet hierzu die Stellung eines nicht gezeigten Wahlschalters aus.
Das zweite elektronische Steuergerät 34 besitzt dabei eine Datenverbindung mit dem ersten elektronischen Steuergerät 30 z. B. über einen CAN-Bus .
Alternativ können das erste und das zweite Steuergerät auch in einem einzigen Steuergerät verwirklicht werden.
Um nun den Kraftstoffverbrauch zu senken, die Emissionen zu verbessern und dennoch eine zufriedenstellende Leistungsverteilung zu erhalten und insbesondere die Klopfneigung zu vermindern, ist nun vorgesehen, die Kühlmitteltemperatur zu beeinflussen, je nachdem, ob es sich um einen sportlichen oder um einen ökonomischen Fahrer handelt .
Hierzu ist im Steuergerät 30 ein entsprechendes Steuerprogramm abgelegt, zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Durch das Verfahren wird das Ventil 20 über die Stelleinrichtung 28 geöffnet und geschlossen. Durch die Veränderung der Stellung des Ventils 20 kann die Temperatur des Kühlmittels variiert werden, da hierdurch der Strom des Kühlmittels variiert wird, der über den Kühler 18 fließt. Das Steuerprogramm berücksichtigt hierbei neben den übrigen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine insbesondere auch den im Steuergerät 34 bestimmten Fahrertyp. Hierbei betätigt das Steuerprogramm im Steuergerät 30 das Ventil 20 über die Stelleinrichtung 28 so, dass zumindest für einige Werte der
Betriebsparameter der Brennkraftmaschine für einen sportlichen Fahrertyp ein anderer, insbesondere ein niedrigerer Wert der Kühlmitteltemperatur eingestellt wird, als für einen ökonomischen Fahrertyp. Falls ein Zwischenwert des Fahrertyps zwischen "sportlich" und "ökonomisch" vorliegt, kann für diesen Zwischenwert des Fahrertyps die Kühlmitteltemperatur umso geringer eingestellt werden, je näher dieser Zwischenwert am Fahrertyp "sportlich" liegt.
Insbesondere wird für den Betriebsparameter "Teillast" der Brennkraftmaschine ein geringerer Wert der Kühlmitteltemperatur für einen sportlichen Fahrer eingestellt als für einen ökonomischen Fahrer. Für Zwischenwerte gilt das oben Gesagte. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass auch für den Teillastbetrieb für einen sportlichen Fahrer kein höherer Wert der Kühlmitteltemperatur eingestellt wird als bei Volllast, während bei einem, ökonomischen Fahrertyp bei Teillast ein höherer Wert der Kühlmitteltemperatur eingestellt wird als bei Volllast. So kann bspw. für einen ökonomischen Fahrertyp die Temperatur im Teillastbetrieb auf 105 - 115 ° Celsius als oberer Grenzwert angehoben werden und lediglich im Vollastbetrieb die Kühlmitteltemperatur auf 95 ° Celsius abgesenkt werden, um Beschädigung der Brennkraftmaschine und/oder Leistungsverluste zu begrenzen. Durch das Anheben der Kühlmitteltemperatur kann jedoch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 10 gesteigert werden.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, neben der Variation der Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit vom Fahrertyp auch durch das Steuergerät 30 über die Einrichtung 14 den Volumenstrom des Kühlmittels in Abhängigkeit vom Fahrertyp zu variieren. Hierbei ordnet das Steuerprogramm im Steuergerät 30 einem
ökonomischen Fahrertyp, insbesondere im Teillastbetrieb, einen relativ geringen Kuhlmittelvolumenstrom zu. So wird einerseits wenig Energie zum Umpumpen des Kühlmittels benötigt und andererseits erreicht in der Aufwärmphase der Motor schneller die gewünschte Temperatur. Hierdurch wird ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielt .
Im Falle einer schnellen und starken Lasterhöhung rauss jedoch zunächst ein hoher Kuhlmittelvolumenstrom erreicht werden, bevor das Kühlmittel die nun stark angestiegene Abwärme des Motors abführen kann. Deshalb ordnet das Steuerprogramm im Steuergerät 30 einem sportlichen Fahrertyp insbesondere im Teillastbetrieb einen höheren Kühlmittelstrom zu als einem ökonomischen Fahrertyp. Auf diese Weise steht bei einem sportlichen Fahrertyp stets ein ausreichender Kühlmittelstrom zur Verfügung, um eine Abwärmeabfuhr sicher zu gewährleisten und Beschädigung an der Brennkraftmaschine 10 zu verhindern. Da sich ein sportlicher Fahrertyp meist durch häufige und schnelle Lastwechsel auszeichnet, ist der solcherart erhöhte
Kuhlmittelvolumenstrom angemessen. Der damit verbundene erhöhte Kraftstoff erbrauch wird akzeptiert . Insbesondere kann vorgesehen sein, dass beim sportlichen Fahrer auch bei Teillast kein geringerer Wert der Kühlmittelmenge eingestellt wird als bei Volllast.
Für Zwischenwerte des Fahrertyps, die zwischen "sportlich" und "ökonomisch" liegen, wird der Volumenstrom bei gleicher Last umso geringer eingestellt, je näher der Fahrertyp an ökonomisch liegt.
Die Bestimmung des Fahrertyps erfolgt insbesondere in bekannter Weise dadurch, dass bei häufigen und schnellen Lastwechseln auf einen sportlichen Fahrertyp geschlossen wird und bei seltenen und langsamen Lastwechseln auf einen
ökonomischen Fahrertyp.