Erweiterter Lüfternachlauf Extended fan run-on
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Lüftermotors . Der Lüftermotor wird vorzugsweise in Kühlsystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Um die Lüfternachlaufzeit nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors optimal bestimmen zu können, wird der Energieeintrag in den Verbrennungsmotor festgehalten. Aus dem Energieeintrag kurz bevor der Verbrennungsmotor abgestellt wurde und aus der spezifischen Lüfterkennlinie wird die Lüfternachlaufzeit berechnet, die erforderlich ist, um eine nachträgliche Überhitzung des Verbrennungsmotors zu vermeiden.The invention relates to a method and a device for controlling a fan motor. The fan motor is preferably used in cooling systems for motor vehicles. In order to be able to optimally determine the fan run-on time after the internal combustion engine has been switched off, the energy input into the internal combustion engine is recorded. The fan run-on time is calculated from the energy input shortly before the internal combustion engine was switched off and from the specific fan characteristic curve, which is required to prevent the internal combustion engine from overheating afterwards.
Nachlaufsteuerungen für Lüftermotoren in Kraftfahrzeugen sind seit längerem bekannt. Die bisher bekannt gewordenen Nachlaufsteuerungen arbeiten entweder te peratur- oder zeitabhängig. Bei temperaturabhängigen Nachlaufsteuerungen wird mit einem Temperatursensor die Kühlmitteltemperatur überwacht und bei Überschreiten eines kritischen Temperaturwertes wird die Nachlaufsteuerung des Lüftermotors aktiviert und der Kühlkreislauf mit einer elektrischen Kühlmittelpumpe in Gang gesetzt. Zeitabhängige Nachlaufsteuerungen arbeiten mit Zeitgliedern. Das Zeitglied bestimmt hierbei die Länge des Lüfternachlaufs.
Einen Überblick über den zuvor angesprochenen Stand der Technik ist in der deutschen Patentschrift DE 3424 580 Cl enthalten. In der deutschen Patentschrift wird ein Kühlsystem beschrieben, welches mit einem elektrisch betriebenen Lüfter und einer Nachlaufsteuerung versehen ist. Die Nachlaufsteuerung arbeitet hierbei entweder temperatur- oder zeitabhängig. Im Kühlsystem ist eine zweite, elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe enthalten, welche ebenfalls von der Nachlaufsteuerung gesteuert ist und welche den Kühlmittelfluss während der Nachlaufsteuerung aufrecht erhält.Follow-up controls for fan motors in motor vehicles have been known for a long time. The follow-up controls that have become known work either depending on the temperature or time. In the case of temperature-dependent follow-up controls, the coolant temperature is monitored with a temperature sensor and if a critical temperature value is exceeded, the follow-up control of the fan motor is activated and the cooling circuit is started with an electric coolant pump. Time-dependent follow-up controls work with timers. The timing element determines the length of the fan run-on. An overview of the prior art mentioned above is contained in the German patent DE 3424 580 Cl. In the German patent specification, a cooling system is described which is provided with an electrically operated fan and a run-on control. The run-on control works either temperature or time dependent. The cooling system contains a second, electrically driven coolant pump, which is also controlled by the run-on control and which maintains the coolant flow during the run-on control.
Bekannte Nachlaufsteuerungen für Lüftermotoren haben den Nachteil, dass sie unabhängig vom tatsächlichen Belastungszustand und damit auch unabhängig von einer möglichen Überhitzung des Motors einsetzen. Sie setzen daher auch dann ein, wenn eine Überhitzung des Motors überhaupt nicht gegeben ist. Zeitabhängige LüfternachlaufSteuerungen müssen immer einsetzen und temperaturabhängige LüfternachlaufSteuerungen können zum Beispiel nur deshalb einsetzen, weil eine hohe Umgebungstemperatur eine hohe Kühlmitteltemperatur bewirkt.Known run-on controls for fan motors have the disadvantage that they are used regardless of the actual load condition and thus also independently of a possible overheating of the motor. They therefore start even when the engine does not overheat at all. Time-dependent fan follow-up controls must always be used and temperature-dependent fan follow-up controls can only be used, for example, because a high ambient temperature causes a high coolant temperature.
Im umgekehrten Fall, wenn zum Beispiel unmittelbar vor abstellen des Verbrennungsmotors der Motor im Vollastbereich gefahren wurde, kann es mehrere Minuten dauern, bis sich die Überhitzung des Motors in einem Temperaturanstieg am Temperatursensor des Lüfternachlaufs bemerkbar' macht . Diese Zeitverzögerung bis zum Einsetzen der LüfternachlaufSteuerung kann für temperaturempfindliche mikroelektronische Bauteile im Kraftfahrzeug bereits zu spät sein.Was in the opposite case, when, for example, immediately before the internal combustion engine, the engine driven off in the full load, it may take several minutes until the overheating of the motor in a rise in temperature at the temperature sensor of the fan run noticeable makes'. This time delay before the fan run-on control starts can be too late for temperature-sensitive microelectronic components in the motor vehicle.
Erfindungsgemäße Aufgabe war es daher, eine Lüfternachlauf-
steuerung zu entwickeln, die überflüssige Lüfternachlaufzeiten vermeidet und andererseits die Gefahr eines verzögerten Temperaturanstiegs erkennt und durch rechtzeitige Gegenmaßnahmen den Temperaturanstieg unterbindet.The object of the invention was therefore to provide a fan run-on to develop a control system that avoids unnecessary fan run-on times and, on the other hand, recognizes the risk of a delayed temperature rise and prevents the temperature rise by taking timely countermeasures.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in den Ausführungsbeispielen enthalten.The object is achieved with a method and a device according to the independent claims. Further preferred embodiments of the invention are contained in the subclaims and in the exemplary embodiments.
Die Lösung gelingt hauptsächlich mit einer Lüfternachlaufsteuerung, die zur Berechnung der benötigten Lüfternachlaufzeit den Energieeintrag in den Verbrennungsmotor berücksichtigt. Aus dem Integralwert des Energieeintrags in den Verbrennungsmotor, bevor der Verbrennungsmotor ausgeschaltet wurde, und den aktuellen Betriebsdaten und Umgebungsdaten des Verbrennungsmotors kann bei bekannter Lüfterkennlinien die erforderliche Lüfternachlaufzeit berechnet werden. Durch Vergleich des Energieeintrags in den Verbrennungsmotor mit der Kühlleistung des Kühlsystems über einen bestimmten Zeitraum, bevor der Motor ausgeschaltet wurde, kann auch prognostiziert werden , ob ein Lüfternachlauf notwendig sein wird oder nicht. Ein Nachheizen wird dabei immer dann zu besorgen sein, wenn vor dem Ausschalten des Motors der Energieeintrag in den Motor deutlich über der aktuell angelegten Kühlleistung des Systems gelegen hat. Im umgekehrten Fall wird man auf einen Lüfternachlauf unter Umständen verzichten können, beziehungsweise wird man die Lüfternachlaufzeit deutlich kürzer wählen können als bei vorbekannten Systemen.
Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:The solution is mainly achieved with a fan run-on control, which takes the energy input into the combustion engine into account when calculating the required fan run-on time. If the fan characteristics are known, the required fan run-on time can be calculated from the integral value of the energy input into the internal combustion engine before the internal combustion engine has been switched off and the current operating data and environmental data of the internal combustion engine. By comparing the energy input into the internal combustion engine with the cooling capacity of the cooling system over a certain period of time before the engine was switched off, it can also be predicted whether a fan run-on will be necessary or not. Reheating will always be necessary if the energy input into the engine was significantly higher than the current cooling capacity of the system before the engine was switched off. In the opposite case, you may be able to do without a fan run-on, or you will be able to choose the fan run-on time significantly shorter than with previously known systems. The main advantages of the invention are as follows:
Die Erfindung erlaubt die Lüfternachlaufzeit optimal an den Belastungszustand des Motors unmittelbar vor seinem Ausschalten anzugleichen. Damit werden überflüssige LüfternachlaufZeiten vermieden und es können zu besorgende Nachheizeffekte, die sich aufgrund der thermischen Trägheit des Kühlsystems erst mit einer Zeitverzögerung bemerkbar machen würden, rechtzeitig vorhergesagt werden und Überhitzung kann rechtzeitig durch verstärkte Kühlleistungen entgegen gewirkt werden.The invention allows the fan run-on time to be optimally matched to the load state of the motor immediately before it is switched off. This avoids superfluous fan run-on times and afterheating effects to be worried, which would only be noticeable with a time delay due to the thermal inertia of the cooling system, can be predicted in good time and overheating can be counteracted in good time by increased cooling capacities.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Energieeintrag in den Verbrennungsmotor aus dem Luftmassenstrom als Maß für den Füllungsgrad der Verbrennungszylinder und der Drehzahl desIn an advantageous embodiment of the invention, the energy input into the internal combustion engine from the air mass flow as a measure of the degree of filling of the combustion cylinder and the speed of the
Verbrennungsmotors bestimmt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die notwendigen Messwerte für den Füllungsgrad und die Drehzahl des Verbrennungsmotors von etablierten Motorsteuergeräten abgenommen werden können. Bekannte Motorsteuergeräte, die den Füllungsgrad und die Drehzahl der Verbrennungszylinder und des Verbrennungsmotors ermitteln, sind zum Beispiel die elektronischen Motorsteuergeräte von der Firma Bosch. Diese Systeme werden unter der Bezeichnung Motronic angeboten und eingesetzt. Beschrieben sind diese Systeme zum Beispiel in „Kraftfahrttechnisches Taschenbuch" /Bosch - 23. Aktualisierte Auflage - Braunschweig: Viehweg, 1999, Seiten 498-507. Weitere alternative Betriebsdaten zur Berechnung des Energieeintrages sind das induzierte Drehmoment, die induzierte Leistung oder insbesondere für Dieselmotoren die induzierte Kraftstoff-Einspritzmenge. Diese alternativen
Betriebsdaten werden von Motorsteuergeräten ebenfalls zur Verfügung gestellt.Internal combustion engine determined. This embodiment has the advantage that the necessary measured values for the degree of filling and the speed of the internal combustion engine can be taken from established engine control units. Known engine control units that determine the degree of filling and the speed of the combustion cylinder and the internal combustion engine are, for example, the electronic engine control units from Bosch. These systems are offered and used under the Motronic name. These systems are described, for example, in "Kraftfahrttechnisches Taschenbuch" / Bosch - 23rd updated edition - Braunschweig: Viehweg, 1999, pages 498-507. Other alternative operating data for calculating the energy input are the induced torque, the induced power or, in particular, for diesel engines induced fuel injection quantity, these alternatives Engine control units also provide operating data.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird in Fahrversuchen mit einem Erprobungsträger aus den Signalen der Motorsteuerung ein motorspezifisches Luftmasse-Drehzahlabhängiges Temperaturkennfeld ermittelt. Dieses Ausführungsbeispiel hat in der praktischen Anwendung den Vorteil, dass man im Bereich der Serienfahrzeuge lediglich einmal mit einem repräsentativen Erprobungsträger dieses motorspezifische Luftmasse-Drehzahlsabhängige Temperaturkennfeld ermitteln muss und dieses otorspezifische Luftmasse-Drehzahlsabhängige Temperaturkennfeld dann in allen weiteren Serienfahrzeugen gleichen Typs und gleicher Ausstattung wie der Erprobungsträger übernommen werden kann Das motorspezifische Luftmasse-Drehzahlsabhängige Temperaturkennfeld kann dann in jedem einzelnen Serienfahrzeug für die Bestimmung der Lüfternachlaufzeit herangezogen werden.In a further advantageous embodiment of the invention, a motor-specific air mass-speed-dependent temperature map is determined in driving tests with a test vehicle from the signals of the engine control. In practical application, this exemplary embodiment has the advantage that, in the field of series vehicles, this engine-specific air mass-speed-dependent temperature map only has to be determined once with a representative test vehicle, and this otor-specific air mass-speed-dependent temperature map then in all other series vehicles of the same type and the same equipment as the test vehicle The engine-specific air mass-speed-dependent temperature map can then be used in each individual production vehicle to determine the fan run-on time.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Dauer der Lüfternachlaufzeit durch zeitliche Integration derjenigen Energieeinträge in die Verbrennungsmaschine berechnet, die im Luftmasse- Drehzahlsabhängigen Temperaturkennfeld oberhalb eines kritischen Referenzwertes liegen. Durch die zeitliche Integration können kurzfristige Belastungen, die keinen wesentlichen Effekt auf ein zu besorgendes Nachheizen haben, herausge ittelt werden. Durch die Einführung eines ebenfalls experimentell zu bestimmenden kritischen Referenzwertes können diejenigen Belastungszustände der Verbrennungsmaschine, die keinen Lüfternachlauf erfordern,
aus der Berechnung der Lüfternachlaufzeit herausgenommen werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the duration of the fan run-on time is calculated by temporally integrating those energy inputs into the internal combustion engine which are above a critical reference value in the temperature map dependent on air mass and speed. Due to the time integration, short-term loads that have no significant effect on reheating to be procured can be identified. By introducing a critical reference value that can also be determined experimentally, those load conditions of the internal combustion engine that do not require fan run-on can from the calculation of the fan run-on time.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung erfolgt die zeitliche Integration der Energieeinträge jeweils über ein vorbestimmtes Zeitintervall. Das Integrationsergebnis wird hierbei intervallweise abgespeichert. Die Anzahl der Integrationsintervalle, die festgehalten werden, ist hierbei begrenzt. Zum Beispiel werden für jeweils die letzten fünf Minuten fünf Integrationsintervalle von jeweils einer Minute Länge festgehalten und abgespeichert. Dauert der Betrieb der Verbrennungsmaschine länger, werden die abgespeicherten intervallspezifischen Integrationsergebnisse zyklisch überschrieben. Damit wird jeweils der Belastungszustand in den letzten fünf Minuten, bevor der Verbrennungsmotor ausgeschaltet wurde, festgehalten. Dies erspart eine allzu umfängliche Datenhaltung, die für die Berechnung des Lüfternachlaufs nicht notwendig ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the time integration of the energy inputs takes place over a predetermined time interval. The integration result is saved at intervals. The number of integration intervals that are recorded is limited. For example, five integration intervals, each one minute long, are recorded and saved for the last five minutes. If the operation of the internal combustion engine takes longer, the saved interval-specific integration results are overwritten cyclically. In this way, the load status is recorded in the last five minutes before the internal combustion engine was switched off. This saves a too extensive data storage, which is not necessary for the calculation of the fan run-on.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung beinhaltet das Luftmasse-Drehzahlsabhängige Temperaturkennfeld eine Kennlinienschar mehrerer temperaturkritischer Bauteile im Fahrzeug. Damit kann der Lüfternachlauf nicht nur auf ein temperaturkritisches Bauteil bezogen werden, sondern es können auch in die Berechnung der Lüfternachlaufzeit die Temperaturen mehrerer kritischer Bauteile einfließen. Dies hat den Vorteil, dass zum Beispiel lokale Ungleichmäßigkeiten in der Aufheizung im Motorraum eines Kraftfahrzeugs bei der Berechnung der Lüfternachlaufzeit berücksichtigt werden können. Temperaturkritische Bauelemente, die sich zum Beispiel in einer Wärmesenke befinden, die sich bei kurzfristiger
Aufheizung des Motors nicht erwärmt, können bei der Berechnung der Lüfternachlaufzeit unberücksichtig bleiben.In a further advantageous embodiment of the invention, the temperature map, dependent on the air mass and speed, contains a family of curves of several temperature-critical components in the vehicle. This means that the fan run-on can not only be related to a temperature-critical component, but the temperatures of several critical components can also be included in the calculation of the fan run-on time. This has the advantage that, for example, local irregularities in the heating in the engine compartment of a motor vehicle can be taken into account when calculating the fan run-on time. Temperature-critical components that are located in a heat sink, for example, that are in the short term Heating of the motor not heated can be disregarded when calculating the fan run-on time.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1 Ein Kühlsystem eines Verbrennungsmotors mit einerFig. 1 A cooling system of an internal combustion engine with a
Kennfeld gesteuerten Logik zur Ansteuerung eines elektrischen Lüftermotors, Fig. 2 Schematisch die Nachlaufberechnung für denMap-controlled logic for controlling an electric fan motor, Fig. 2 Schematically the run-on calculation for the
Lüftermotor aus den Betriebsdaten desFan motor from the operating data of the
MotorSteuergerätes, Fig. 3 Ein intervallspezifisches Integrationsschema für die Berechnung der LüfternachlaufSteuerung, Fig. 4 Ein Funktionsschema zur Mittelwertbildung der intervallspezifischen Integrationsergebnisse,Engine control unit, Fig. 3 An interval-specific integration scheme for the calculation of the fan run-on control, Fig. 4 A function scheme for averaging the interval-specific integration results,
Fig. 5 ein experimentell ermitteltes mehrkomponentigesFig. 5 shows an experimentally determined multi-component
Luftmasse-Drehzahlsabhängiges Temperaturkennfeld für die Berechnung der Lüfternachlaufzeit ,Air mass-speed-dependent temperature map for calculating the fan run-on time,
Fig. 6 ein aus dem Kennfeld von Fig.5 extrahiertes reduziertes Kennfeld, bei dem mittels eines Grenzwertes alle für die Lüfternachlaufzeit unkritischen Temperaturmessstellen extrahiert wurden.6 shows a reduced map extracted from the map of FIG. 5, in which all temperature measurement points that are not critical for the fan run-on time have been extracted by means of a limit value.
Figur 1 zeigt schematisch ein typisches Kühlsystem für einen Sechszylinder-Verbrennungsmotor 1. Neben dem Verbrennungsmotor sind in das Kühlsystem ein Fahrzeugkühler 2 und ein Heizungswärmetauscher 3 integriert. Die Kühlleistung des Fahrzeugkühlers kann mit einem elektrisch angetriebenen Lüfter 4 beeinflusst werden. Zur Regulierung
der Lüfterleistung wird der elektrische Motor des Lüfters mit einem Steuergerät 5 geregelt. Aus dem Fahrzeugkühler wird mittels der Vorlaufleitung 6 gekühltes Kühlmittel entnommen und mit der Kühlmittelpumpe 7 in die Kühlleitungen 8 zur Speisung der nicht näher dargestellten Kühlkanäle für die Verbrennungszylinder 9 eingespeist. Von den Verbrennungszylindern 9 wird das erhitzte Kühlmittel über Rückleitungen 10 zu einem Drei-Wege-Thermostat 11 geführt. Je nach Stellung der Ventile in dem Drei-Wege- Thermostat 11 gelangt das Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotor über den Kühlerrücklauf 12 wieder zurück in den Fahrzeugkühler oder über den Kühlerkurzschluss 13 und die Kühlmittelpumpe 7 wieder zurück in die Kühlleitungen 8 des Verbrennungsmotors.FIG. 1 schematically shows a typical cooling system for a six-cylinder internal combustion engine 1. In addition to the internal combustion engine, a vehicle cooler 2 and a heating heat exchanger 3 are integrated in the cooling system. The cooling capacity of the vehicle radiator can be influenced with an electrically driven fan 4. For regulation the fan power, the electric motor of the fan is regulated with a control unit 5. Cooled coolant is removed from the vehicle cooler by means of the feed line 6 and fed with the coolant pump 7 into the cooling lines 8 for feeding the cooling channels (not shown in more detail) for the combustion cylinders 9. The heated coolant is led from the combustion cylinders 9 via return lines 10 to a three-way thermostat 11. Depending on the position of the valves in the three-way thermostat 11, the coolant from the internal combustion engine returns to the vehicle cooler via the radiator return 12 or via the radiator short circuit 13 and the coolant pump 7 back to the cooling lines 8 of the internal combustion engine.
Je nach Stellung der Ventile im Drei-Wege-Thermostat 11 kann das Kühlsystem hierbei in an sich bekannter Weise im Kurzschlussbetrieb, im Mischbetrieb, oder im großen Kühlkreislauf gefahren werden. Der Heizungswärmetauscher 3 ist über ein temperaturgesteuertes Absperrventil 14 an den Hochtemperaturzweig des Kühlsystems im Verbrennungsmotor angeschlossen. Der Durchsatz nach Öffnen des Absperrventils 14 durch den Heizungswärmetauscher kann zur Regulierung der Heizleistung mit einer zusätzlichen elektrischen Kühlmittelpumpe 15 und einem getakteten Absperrventil 16 reguliert werden.Depending on the position of the valves in the three-way thermostat 11, the cooling system can be operated in a known manner in short-circuit operation, in mixed operation, or in a large cooling circuit. The heating heat exchanger 3 is connected to the high-temperature branch of the cooling system in the internal combustion engine via a temperature-controlled shut-off valve 14. The throughput after opening the shut-off valve 14 by the heating heat exchanger can be regulated with an additional electric coolant pump 15 and a clocked shut-off valve 16 to regulate the heating power.
Das Temperaturniveau des Kühlmittels im Verbrennungsmotor wird hierbei von dem Steuergerät 5 sensorgesteuert eingestellt. Dies folgt in an sich bekannter Weise durch Betätigung der Stellventile in dem Drei-Wege-Thermostat 11 wie über Ansteuerung des elektrischen Lüfters 4, falls eine Fahrtwindkühlung nicht mehr ausreichend ist.
Mit einem vorbeschriebenen sensorgesteuerten Kühlsystem für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen können im Fahrbetrieb befriedigende Leistungen erzielt werden. Nach Abschalten des Verbrennungsmotors können für temperaturempfindliche Bauteile im Motorraum eines Kraftfahrzeugs dann kritische Situationen entstehen, wenn die im Verbrennungsmotor gespeicherte Wärme durch einen Stillstand des Kühlmittels nicht mehr abgeführt werden würde. Man hat deshalb bereits in der Vergangenheit KühlernachlaufSysteme vorgesehen. DieseThe temperature level of the coolant in the internal combustion engine is set in a sensor-controlled manner by the control unit 5. This follows in a manner known per se by actuating the control valves in the three-way thermostat 11, as by actuating the electric fan 4, if airflow cooling is no longer sufficient. With a previously described sensor-controlled cooling system for internal combustion engines in motor vehicles, satisfactory performance can be achieved while driving. After the internal combustion engine has been switched off, critical situations can arise for temperature-sensitive components in the engine compartment of a motor vehicle if the heat stored in the internal combustion engine would no longer be dissipated due to a standstill of the coolant. For this reason, cooler run-on systems have already been provided in the past. This
KühlernachlaufSysteme arbeiteten, wie eingangs beschrieben, zeitabhängig oder temperaturabhängig. Bei rein zeitabhängig arbeitenden Systemen musste deshalb in der Vergangenheit immer ein Lüfternachlauf vorgesehen werden, der in der Regel viel zu lange war. Aber auch temperaturabhängige Systeme hatten den Nachteil, dass die Temperatursensoren, die üblicherweise das Temperaturprofil des Kühlmittels messen, das Aufheizen des Verbrennungsmotors erst mit einem erheblichen Zeitverzug feststellen konnten. Der Zeitverzug resultiert hierbei aus der Wärmeträgheit des Systems . Der Effekt eines zeitverzögerten Nachheizens nach Ausschalten des Verbrennungsmotors ist hierbei besonders groß, wenn zum Beispiel der Verbrennungsmotor über längere Zeit im Teillastbereich gefahren wurde und erst in den letzten Minuten vor Abstellen des Motors der Motor auf Vollast hochgefahren wurde. Bei diesem Szenario arbeitet ein temperaturgesteuertes Kühlsystem noch im Teillastbereich, während der Motor kurz vor dem Abschalten voll befeuert wurde. In dem Motor ist dann eine große Wärmemenge enthalten, die noch abgeführt werden muss. Da ein temperaturgesteuertes Nachlaufsystem auch dieses zuvor beschriebene Szenario beherrschen muss, musste man, um lokale Überhitzungen im Verbrennungsmotor zu unterbinden, die Temperaturschwelle für den Anlauf der Nachlaufsteuerung
sehr niedrig legen. Man hatte keine Möglichkeit einer Prognose, wie viel Energie noch abzuführen sein würde und musste deshalb bei einem detektierten Anstieg der Kühlmitteltemperatur immer vom schlimmsten Fall ausgehen. Das heißt auch, dass in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle die temperaturgesteuerte Nachlaufsteuerung zu oft und zu lange anspringt. An diesem Punkt setzt die Erfindung an.Radiator run-on systems worked, as described in the introduction, time-dependent or temperature-dependent. In the case of purely time-dependent systems, a fan run-on has always had to be provided in the past, which was usually far too long. However, temperature-dependent systems also had the disadvantage that the temperature sensors, which usually measure the temperature profile of the coolant, could only detect the heating of the internal combustion engine with a considerable delay. The time delay results from the thermal inertia of the system. The effect of delayed reheating after switching off the internal combustion engine is particularly great here, for example, if the internal combustion engine has been operated in the partial load range for a long time and the engine was only started up to full load in the last minutes before the engine was switched off. In this scenario, a temperature-controlled cooling system is still working in the partial load range, while the engine was fully fired shortly before it was switched off. A large amount of heat is then contained in the engine, which still has to be dissipated. Since a temperature-controlled after-run system must also master this scenario described above, in order to prevent local overheating in the internal combustion engine, the temperature threshold for starting the after-run control had to be set very low. There was no way of predicting how much energy would still be dissipated, so the worst case scenario would always have to be assumed when the coolant temperature rose. This also means that in the overwhelming majority of cases, the temperature-controlled follow-up control starts too often and for too long. This is where the invention begins.
Erfindungsgemäß wird deshalb mit dem Steuergerät 5 für die Nachlaufsteuerung des Lüfters 4 die Berechnung der Nachlaufzeit auf der Grundlage des Energieeintrags in den Verbrennungsmotor in einem hinreichenden Zeitraum unmittelbar vor dem Abstellen des Motors herangezogen. Hierzu ist in dem Steuergerät 5 ein motorspezifisches Luftmasse-Drehzahlsabhängiges Temperaturkennfeld abgelegt. Durch Überwachen der Betriebsdaten des Verbrennungsmotors, zum Beispiel durch Mitlesen der Betriebsdaten aus der Motorsteuerung, wird mittels einer Logik aus dem Luftmasse- Drehzahlsabhängigen Temperaturkennfeld der Energieeintrag in den Verbrennungsmotor bestimmt und daraus eine Lüfternachlaufzeit ermittelt. Beispielsweise kann der Energieeintrag in den Verbrennungsmotor für die letzten fünf Minuten vor Abstellen des Motors mitprotokolliert werden, und aus dem Energieeintrag über die letzten fünf Minuten eine zeitliche Integration ausgeführt werden und dieses Integrationsergebnis mit einem experimentell bestimmten oder modellgestützt berechnetem Referenzwert verglichen werden. Übersteigt das Integrationsergebnis diesen Referenzwert, so muss ein Lüfternachlauf eingeschaltet werden. Wie lange der Lüfternachlauf zu erfolgen hat, bestimmt sich hierbei aus der Größe der Differenz zwischen Integrationswert und Referenzwert. Dies sind im wesentlichen die Ansteuerkennlinie des
Lüftermotors, die Temperatur der Umgebungsluft sowie die aktuelle Temperatur des Kühlmittels.According to the invention, the control unit 5 for the run-on control of the fan 4 therefore uses the calculation of the run-on time on the basis of the energy input into the internal combustion engine in a sufficient period of time immediately before the engine is switched off. For this purpose, an engine-specific air mass-speed-dependent temperature map is stored in the control unit 5. By monitoring the operating data of the internal combustion engine, for example by reading the operating data from the engine control, the energy input into the internal combustion engine is determined by means of a logic from the air mass-speed-dependent temperature map, and a fan run-on time is determined from this. For example, the energy input into the internal combustion engine for the last five minutes before the engine is switched off can be logged, and a time integration can be carried out from the energy input over the last five minutes, and this integration result can be compared with an experimentally determined or model-based calculated reference value. If the integration result exceeds this reference value, a fan run-on must be switched on. How long the fan run-on has to take place depends on the size of the difference between the integration value and the reference value. These are essentially the control characteristics of the Fan motor, the temperature of the ambient air and the current temperature of the coolant.
Mit all diesen Daten kann in einem Prozessrechner des Steuergerätes 5 nach thermodynamischen Gesetzen eine Energiebilanz des Verbrennungsmotors und des Kühlsystems durchgeführt werden und daraus die erforderliche Kühlleistung und damit die erforderliche Nachlaufzeit des Lüfters berechnet werden.With all this data, an energy balance of the internal combustion engine and the cooling system can be carried out in a process computer of the control unit 5 according to thermodynamic laws and the required cooling capacity and thus the required after-running time of the fan can be calculated therefrom.
Auf das Berechnungsschema wird in Figur 2 näher eingegangen. Für den Betriebszustand des Motors sind hierbei besonders die beiden Führungsgrößen Drehzahl und Luftmassenstrom relevant. Diese beiden Führungsgrößen werden von zeitgemäßen Motorsteuerungen 17 in Form von digitalisierten Signalen zur Verfügung gestellt. Die Drehzahl und die Luftmasse sind hierbei die Führungsgrößen für die jenige Energie, die in den Verbrennungsmotor eingebracht wird. Einen guten Überblick über Motorsteuerungen gibt das „Kraftfahrtechnische Taschenbuch" der Firma Bosch, wie bereits eingangs zitiert, auf den Seiten 498 bis 507. Die eingespeiste Energie ist hierbei ein Maß für die von einer Kühlung abzuführenden Energie und damit ein Maß für die erforderliche Kühlleistung und die erforderliche Nachlaufzeit des Lüfters.The calculation scheme is discussed in more detail in FIG. 2. The two reference variables speed and air mass flow are particularly relevant for the operating state of the engine. These two reference variables are made available by modern motor controls 17 in the form of digitized signals. The speed and the air mass are the benchmarks for the energy that is introduced into the internal combustion engine. A good overview of engine controls is given in the "Automotive Pocket Book" by Bosch, as already mentioned at the beginning, on pages 498 to 507. The energy fed in is a measure of the energy to be dissipated from a cooling and thus a measure of the cooling capacity and the required fan run-on time.
Vorzugsweise wählt man jedoch für die Bestimmung des Lüfternachlaufs nicht die Energie als zu bilanzierende extensive Größe, sondern die voraussichtliche Temperatur des Motors als zu bestimmende intensive Größe. Ein Berechnungsmodell, das auf die Temperatur des Verbrennungsmotors abzielt, lässt sich in der Praxis leichter durch Messfahrten überprüfen und verbessern. Temperaturintensive Größen lassen sich ebenfalls durch Messfahrten auch leichter motorspezifisch adaptieren. Ein
Berechnungsverfahren, das auf die Temperatur des Verbrennungsmotors abzielt, lässt sich damit auf verschiedene Motorvarianten adaptieren. Die Adaption erfolgt hierbei mit softwaremäßig realisierten Programmmodulen 18, die aus den Betriebsdaten der Motorsteuerung 17 den zeitlich verzögerten Temperaturverlauf des Verbrennungsmotors 19 berechnen. In den Programmmodulen 18 wird aus den Betriebsdaten Drehzahl und Mass Air Flow (Englisch für Luftmassenstrom) mit Hilfe von experimentell ausgestellten Berechnungsgleichungen das zu erwartende Temperaturprofil des Verbrennungsmotors berechnet. Die Adaption des berechneten Temperaturverlaufs auf den tatsächlich gemessenen Temperaturverlauf erfolgt hierbei über die Abstimmung der Parameterwerte in den Berechnungsgleichungen der Programmmodule. Drehzahl und Luftmassenstrom sind die beiden wichtigsten Führungsgrößen für die Motorsteuerung und damit auch für die Berechnung des zu erwartenden Temperaturverlaufs der Verbrennungsmaschine. Dieser prognostizierte Temperaturverlauf wird mit einem Korrekturglied 20, welches ebenfalls als softwaremäßiges Programmmodul realisiert ist, auf die aktuellen Umgebungsbedingungen der Verbrennungsmaschine angepasst. Die wichtigsten Einflussgrößen aus den Umgebungsbedingungen sind hierbei die Lufttemperatur, die Temperatur der angesaugten Luft, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit, aktuelle Kühlleistung des Kühlsystems sowie gegebenenfalls die Stellung der Drosselklappe des Verbrennungsmotors. Das um die Umgebungsbedingungen korrigierte Temperaturprofil wird mit einer Integrationsstufe 23 in Form eines sogenannten Moving Average zeitlich aufintegriert . Auf die Integrationsstufe 23 wird im Zusammenhang mit der Figur 3 näher eingegangen. Das Integrationsergebnis aus der Integrationsstufe 23 wird mit einem weiteren Programmmodul 24 zur letztlichen
Ansteuerung des Lüftermotors 4 weiterverarbeitet. Hierzu wird mit dem Programmmodul 24 das Integrationsergebnis aus der Integrationsstufe 23 mit einem experimentell bestimmten Referenzwert 22 verglichen und anhand der Lüfterkennlinie 25 der erforderliche zeitliche Lüfternachlauf berechnet. Die Festlegung des Referenzwertes 22 erfolgt hierbei experimentell und variantenspezifisch für das betreffende Fahrzeug. Der Referenzwert muss hierbei so festgelegt werden, dass sichergestellt ist, dass dasjenige Bauteil mit der größten Temperaturempfindlichkeit mit Sicherheit nicht geschädigt wird.However, for the determination of the fan run-on, it is preferred not to choose the energy as the extensive quantity to be balanced, but rather the expected temperature of the motor as the intensive quantity to be determined. In practice, a calculation model that targets the temperature of the internal combustion engine can be checked and improved more easily by measuring drives. Temperature-intensive variables can also be more easily adapted to specific engines by measuring drives. On Calculation methods that target the temperature of the internal combustion engine can be adapted to different engine variants. The adaptation takes place here with software-implemented program modules 18, which calculate the time-delayed temperature profile of the internal combustion engine 19 from the operating data of the engine control 17. In the program modules 18, the temperature profile of the internal combustion engine to be expected is calculated from the operating data speed and mass air flow (English for air mass flow) with the aid of experimentally developed calculation equations. The adaptation of the calculated temperature curve to the actually measured temperature curve takes place here by coordinating the parameter values in the calculation equations of the program modules. Speed and air mass flow are the two most important parameters for engine control and thus also for calculating the expected temperature profile of the internal combustion engine. This predicted temperature profile is adapted to the current ambient conditions of the internal combustion engine using a correction element 20, which is also implemented as a software program module. The most important influencing factors from the ambient conditions are the air temperature, the temperature of the intake air, air pressure and humidity, the current cooling capacity of the cooling system and, if applicable, the position of the throttle valve of the internal combustion engine. The temperature profile corrected for the ambient conditions is integrated in time with an integration stage 23 in the form of a so-called moving average. The integration level 23 is discussed in more detail in connection with FIG. 3. The integration result from the integration stage 23 becomes the final one with a further program module 24 Control of the fan motor 4 processed further. For this purpose, the integration result from the integration stage 23 is compared with an experimentally determined reference value 22 with the program module 24 and the required fan run-on time is calculated on the basis of the fan characteristic curve 25. The reference value 22 is determined experimentally and variant-specifically for the vehicle in question. The reference value must be set in such a way that it is ensured that the component with the greatest temperature sensitivity will certainly not be damaged.
Figur 3 zeigt einen logischen Ablaufplan für die Integrationsstufe 23. Es wird ein sogenannter Moving Average berechnet. Die Integrationsstufe 23 ist vorzugsweise als Programmmodul, also softwaremäßig implementiert. In einer weniger bevorzugten Ausführungsform kann die Integrationsstufe 23 jedoch auch hardwaremäßig mit logischen Bauelementen realisiert sein. Unter Moving Average wird eine zeitlich sich mit bewegende Durchschnittwertbildung verstanden, bei der die Durchschnittsbildung jeweils über eine festgegebene Anzahl chronologisch aufeinander folgender Teildurchschnitte berechnet wird, wobei die Teildurchschnitte in chronologischer Reihenfolge jeweils zyklisch neu berechnet und ermittelt werden. Berechnet man zum Beispiel die Teildurchschnitte jeweils über den Zeitraum von einer Minute und sieht chronologisch aufeinanderfolgend fünf Teildurchschnitte vor, über die man dann einen Gesamtdurchschnitt berechnet, so erhält man jeweils den Gesamtdurchschnitt über die letzten fünf Minuten des aktivierten Systems. Dieser Durchschnitt wird durch die zyklische Überschreibung und Neuberechnung der Teil-
durchschnitte jeweils für die letzten fünf Minuten des aktivierten Systems aktualisiert und angeglichen. Schematisch ist dieser Vorgang in Figur 3 wie folgt dargestellt:FIG. 3 shows a logical flow chart for integration level 23. A so-called moving average is calculated. The integration stage 23 is preferably implemented as a program module, that is to say in software. In a less preferred embodiment, however, the integration stage 23 can also be implemented in terms of hardware with logic components. The moving average is understood to mean a temporally moving averaging, in which the averaging is calculated over a specified number of chronologically consecutive partial averages, the partial averages being recalculated and determined cyclically in chronological order. If, for example, you calculate the partial averages over a period of one minute and provide five partial averages in chronological order, over which you then calculate an overall average, you get the overall average over the last five minutes of the activated system. This average is determined by cyclical overwriting and recalculation of the partial Averages updated and adjusted for the last five minutes of the activated system. This process is shown schematically in FIG. 3 as follows:
Das um die Umgebungsbedingungen korrigierte Temperaturprofil wird mit einem zeitlichen Integrationsglied 26 jeweils über den Zeitraum von einer Minute aufintegriert und abgespeichertThe temperature profile corrected for the ambient conditions is integrated and stored with a temporal integration element 26 over a period of one minute
Die Zeiteinteilung und die Abspeicherung der Integrationsergebnisse aus den Integrationsintervallen erfolgt, indem mit einer zyklischen Kaskade die Integration nach Ablauf von zum Beispiel einer Minute neu beginnt und das Integrationsergebnis nach einer Minute jeweils in einem Speicherbereich 27 festgehalten wird. Die Dauer der Intervalllängen für die einzelnen Integrationsschritte kann hierbei grundsätzlich frei gewählt werden und wird mit einer Zeitkonstanten oder einem Verzögerungsglied 28 festgelegt. Die zyklische Abspeicherung derThe time division and the storage of the integration results from the integration intervals takes place in that the integration starts again after a minute, for example with a cyclic cascade, and the integration result is recorded in a memory area 27 after one minute. The duration of the interval lengths for the individual integration steps can in principle be chosen freely and is determined with a time constant or a delay element 28. The cyclical storage of the
Integrationsergebnisse aus den Integrationsintervallen wird vorzugsweise softwaretechnisch in Form einer sich wiederholenden Schleife realisiert. Es kann jedoch auch eine hardwaremäßig realisierte Umschaltung der Integrationsergebnisse auf die Speicherbereiche vorgesehen sein. Beide Ausführungsformen sind in Figur 3 schematisch als Kaskade 29 aufeinanderfolgender Und-Glieder sowie eines Oder-Gliedes, mit dem unter anderem auch das Aktivierungssignal für die Integrationsstufe eingespeist wird, dargestellt. Die Zusammenfassung der in den Speicherbereichen 27 festgehaltenen Teilergebnisse erfolgt in einer Summationsstufe 33, die vorzugsweise als Softwareprogramm-Modul realisiert ist. Weniger bevorzugt ist eine Ausbildung der Summationsstufe 33 durch
hardwaremäßig realisierte Und-Glieder 32, wie es zum Beispiel in Figur 3 dargestellt ist.Integration results from the integration intervals are preferably implemented in software form in the form of a repeating loop. However, a hardware-implemented switchover of the integration results to the memory areas can also be provided. Both embodiments are shown schematically in FIG. 3 as a cascade 29 of successive AND elements and an OR element, with which the activation signal for the integration stage is also fed in, among other things. The partial results recorded in the memory areas 27 are summarized in a summation stage 33, which is preferably implemented as a software program module. Formation of the summation level 33 by is less preferred Hardware-implemented AND gates 32, as shown for example in Figure 3.
Figur 4 zeigt nochmals eine Funktionsdarstellung zur Berechnung eines Gesamtdurchschnittes. Hierbei werden die mit den Ziffern 1 bis 5 bezeichneten Teildurchschnitte entweder durch ein Softwareprogramm oder durch eine logische Schaltung zu einem Gesamtdurchschnitt zusammengefasst . Die einzelnen Teildurchschnitte werden hierbei zyklisch überschrieben.FIG. 4 again shows a functional representation for calculating an overall average. Here, the partial averages designated with the numbers 1 to 5 are summarized either by a software program or by a logic circuit to form an overall average. The individual partial averages are overwritten cyclically.
Figur 5 zeigt eine aus Fahrversuchen gewonnenen Messwerttabelle. In dem Versuchsfahrzeug waren hierbei verschiedene Temperatursensoren angebracht, die die Öltemperatur, die Temperatur des Integralträgers, die Temperatur der Zahnstange, die Temperatur der Lenkmanschette, die Temperatur der Seitenwelle, die Katalysatortemperatur und die Temperatur der elektronischen Einspritzanlage in Abhängigkeit der beiden Führungsgrößen Luftmassenstrom (MAF) und Drehzahl Eng-Spd festhielten und aufgezeichnet haben.FIG. 5 shows a measurement value table obtained from driving tests. Various temperature sensors were installed in the test vehicle to determine the oil temperature, the temperature of the integral carrier, the temperature of the rack, the temperature of the steering boot, the temperature of the side shaft, the temperature of the catalytic converter and the temperature of the electronic injection system depending on the two reference variables air mass flow (MAF). and recorded Eng-Spd speed and recorded it.
Die tabellarisch festgehaltenen Temperaturen in Abhängigkeit der beiden Führungsgrößen dienen den Programmmodulen 18 aus Figur 2 als Stützstellen für die Berechnung des Temperaturkennfeldes 19. Hauptaufgabe der Programmmodule 18 ist hierbei die Interpolation der Stützstellen, damit ein kontinuierliches Temperaturkennfeld berechnet werden kann.The temperatures recorded in the table as a function of the two reference variables serve the program modules 18 from FIG. 2 as support points for the calculation of the temperature map 19. The main task of the program modules 18 is the interpolation of the support points so that a continuous temperature map can be calculated.
Die Tabelle 1 aus Figur 5 verdeutlicht anschaulich, dass in die Ermittlung des Temperaturkennfeldes verschiedene Temperaturen im Motorraum eines Kraftfahrzeuges eingehen können. Damit kann mit der erfindungsgemäßen Lüfternachlaufberechnung nicht nur eine einzelne lokal auftretende Temperatur abgesichert werden, sondern es kann
auch eine Temperaturverteilung beziehungsweise es können auch lokal unterschiedlich auftretende Temperaturen mehrerer Bauteile abgesichert werden. Dass die Programmmodule 18 zur Berechnung des Temperaturkennfeldes auf experimentell gewonnene Stützstellen zurückgreifen, ermöglicht auch, die erfindungsgemäße Nachlaufsteuerung für den Lüftermotor auf einfache Weise motorspezifisch auszulegen beziehungsweise variantenspezifisch auszulegen. Hierzu werden für die verschiedenen Fahrzeugvarianten beziehungsweise die verschiedenen Motorvarianten mit einem Versuchsfahrzeug die Temperaturstützpunkte variantenspezifisch beziehungsweise motorspezifisch ermittelt und diese experimentell aufgezeichneten Temperaturstützpunkte in die Programmmodule 18 als Stützstellen eingelesen. Der erfindungsgemäße Lüfternachlauf kann damit auf einfache Weise auf verschiedene Fahrzeugvarianten adaptiert werden.Table 1 from FIG. 5 clearly shows that different temperatures in the engine compartment of a motor vehicle can be included in the determination of the temperature map. Thus, with the fan run-on calculation according to the invention, not only a single locally occurring temperature can be secured, but it can Also a temperature distribution or locally different temperatures of several components can be secured. The fact that the program modules 18 use experimentally obtained support points for calculating the temperature map also makes it possible to design the run-on control according to the invention for the fan motor in a simple manner, or to design it in a variant-specific manner. For this purpose, the temperature support points are determined in a variant-specific or engine-specific manner for the different vehicle variants or the different engine variants with a test vehicle, and these experimentally recorded temperature support points are read into the program modules 18 as support points. The fan run-on according to the invention can thus be easily adapted to different vehicle variants.
Figur 6 zeigt eine weitere Tabelle 2, bei der die Temperaturstützpunkte aus der Tabelle 1 aus Figur 5 bereits hinsichtlich einer kritischen Referenztemperatur ausgewertet wurden. Aufgetragen sind in der Tabelle 2 in der horizontalen Richtung der Luftmassenstrom und in der vertikalen Richtung die Maschinendrehzahl. Die Tabellenwerte selbst beinhalten die Temperaturwerte für die Zahnstange, wie sie aus den Versuchsergebnissen der Figur 5 gemessen wurden. Eine Auswertung der Temperaturverteilung aus Figur 5 hat nämlich ergeben, dass die Temperatur der Zahnstange in Abhängigkeit der beiden Führungsgrößen Luftmassenstrom und Maschinendrehzahl diejenige Temperatur ist, deren Temperaturniveau am ehesten zu Schädigungen führt. Deshalb ist die Zahnstangentemperatur zur Ermittlung einer Referenztemperatur, wie sie in Figur 2 für die Berechnung der Lüfternachlaufzeit eingesetzt wird, am
geeignetsten. Die Temperaturwerte der Zahnstange aus Tabelle 1 wurden hierbei mit dem Faktor 1000 umnormiert und in die Tabelle 2 eingetragen. Für die rechnerische Behandlung der Temperaturwerte ist eine Umnormierung kein erfindungswesentlicher Bestandteil. Bei Kenntnis der konstruktiven Gegebenheiten auf der Zahnstange musste das Überschreiten eines dimensionslosen Referenzwertes für die Temperatur von 109 respektive 0,109 wie in Figur 6, als kritisch angesehen werden. Dies sind die in Figur 6 mit Fettdruck abgebildeten Temperaturwerte. Für die in Figur 5 zugehörigen Betriebszustände der Verbrennungsmaschine ist also eine Nachlaufsteuerung für den Lüftermotor vorzusehen. Es sind dies in diesem Ausführungsbeispiel die ebenfalls mit Fettdruck abgebildeten Betriebszustände für Luftmassenstrom und Maschinendrehzahl aus der Tabelle in Figur 5. Für die übrigen Betriebszustände des Verbrennungsmotors kann auf einen Lüfternachlauf verzichtet werden.
FIG. 6 shows a further table 2, in which the temperature bases from table 1 in FIG. 5 have already been evaluated with regard to a critical reference temperature. Table 2 shows the air mass flow in the horizontal direction and the engine speed in the vertical direction. The table values themselves contain the temperature values for the toothed rack as measured from the test results in FIG. 5. An evaluation of the temperature distribution from FIG. 5 has shown that the temperature of the rack, depending on the two reference variables air mass flow and engine speed, is the temperature whose temperature level most likely leads to damage. The rack temperature for determining a reference temperature, as used in FIG. 2 for calculating the fan run-on time, is therefore on appropriate. The temperature values of the toothed rack from Table 1 were renormalized by a factor of 1000 and entered in Table 2. For the arithmetical treatment of the temperature values, a renormalization is not an integral part of the invention. Knowing the structural conditions on the rack, exceeding a dimensionless reference value for the temperature of 109 or 0.109 as in FIG. 6 had to be regarded as critical. These are the temperature values shown in bold in FIG. 6. A run-on control for the fan motor is therefore to be provided for the operating states of the internal combustion engine shown in FIG. 5. In this exemplary embodiment, these are the operating states for air mass flow and engine speed, likewise depicted in bold type, from the table in FIG. 5. For the other operating states of the internal combustion engine, a fan run-on can be dispensed with.