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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Steuergerätes eines
Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer den Verbrennungsmotor
kühlenden
Kühleinrichtung,
die einen Lüfter
aufweist.
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Stand der Technik
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Ein
Verfahren zur Kühlung
eines Steuergerätes
eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor ist bekannt. Das Steuergerät ist zum
Beispiel das Steuergerät
des Verbrennungsmotors selbst, das zum Beispiel zusammen mit dem
Verbrennungsmotor und der den Verbrennungsmotor kühlenden
Kühleinrichtung
in einem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet ist. Alternativ ist
das Steuergerät
ein Steuergerät
einer anderen Komponente des Fahrzeugs, wie zum Beispiel ein Steuergerät des Getriebes
oder ein Steuergerät
des Bremssystems. Da moderne Steuergeräte eine empfindliche Elektronik
aufweisen, sind diese in einem Steuergerät-Gehäuse gegen äußere Einflüsse gekapselt. Durch die Kapselung
wird jedoch die Wärmeabfuhr
der Elektronik des Steuergerätes
stark eingeschränkt.
Befindet sich das Steuergerät
in einer Umgebung, die ihrerseits Wärmequellen hoher Temperatur
aufweist, wie zum Beispiel den Verbrennungsmotor im Motorraum des Fahrzeugs,
erwärmt
sich das Steuergerät
durch die Verlustleistung seiner Elektronik und weiterhin durch die
aus der Umgebung eingebrachte Wärme.
Die Temperatur des Verbrennungsmotors wird im Betrieb mittels einer
den Verbrennungsmotor kühlenden Kühleinrichtung
reduziert. Die Kühleinrichtung
ist insbesondere als Flüssigkeitskühlung, vorzugsweise
als Wasserkühlung,
ausgebildet, bei der ein flüssiges Kühlmittel
durch einen Kühlkreislauf
vom Verbrennungsmotor zu einem Kühler
transportiert wird, in dem es mittels eines die Oberfläche des
Kühlers
umströmenden
Luftstroms gekühlt
wird. Der Luftstrom wird durch einen Staudruck des sich bewegenden Fahrzeugs
und/oder den Lüfter
erzeugt. Das gekühlte
Kühlmittel
wird dem Verbrennungsmotor anschließend über einen Zulauf des Kühlmittelkreislaufs
wieder zugeführt.
Der Lüfter
der Kühleinrichtung
wird in Abhängigkeit
von einer Kühlmitteltemperatur
angesteuert, sodass die Kühleinrichtung
auch bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit eine hinreichend hohe
Kühlleistung
erbringen kann.
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Ist
der Temperatureintrag vom Verbrennungsmotor und/oder die Abwärme der
Elektronik des Steuergerät
so hoch, dass die Temperatur im Gehäuse des Steuergeräts eine
kritische Temperaturschwelle erreicht, so werden einzelne Funktionen des
Steuergeräts
durch eine im Steuergerät
implementierte Thermomanagement-Elektronik begrenzt. Eine solche
Begrenzung ist zum Beispiel die Begrenzung der Anzahl von Einspritzungen
pro Zeiteinheit beim Verbrennungsmotor und/oder eine Beschränkung von
Betriebsparametern zur Leistungsreduktion des Verbrennungsmotors.
Durch diese Beschränkungen
reduzieren sich sowohl die Leistungsaufnahme des Steuergeräts als auch
der Wärmeeintrag
aus der Umgebung. Der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors wird
durch diesen Eingriff der Thermomanagement-Elektronik jedoch massiv beschränkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur
funktionsbeschränkungsfreien
Kühlung des
Steuergeräts
ist vorgesehen, dass der Lüfter
das Steuergerät
in Abhängigkeit
von einer ermittelten Steuergerät-Temperatur
mit mindestens einem Teil-Luftstrom kühlt. Die ermittelte Steuergerät-Temperatur
ist eine ermittelte Temperatur, die der Temperatur in einem Gehäuse des
Steuergeräts
entspricht. Das Ermitteln der Steuergerät-Temperatur kann zum Beispiel
eine direkte Messung der Temperatur in einem Gehäuse des Steuergeräts sein
oder das Erfassen einer Größe, aus
der auf die Temperatur des Steuergeräts zurückgeschlossen werden kann.
Befindet sich das Steuergerät
in einer Umgebung, die ihrerseits Wärmequellen aufweist, wie zum
Beispiel einen Verbrennungsmotor im Motorraum eines Fahrzeugs, so
erwärmt
sich das Steuergerät
einerseits durch die Verlustleistung seiner eigenen Elektronik und
weiterhin durch die aus der Umgebung eingebrachte Wärme. Die
Temperatur des Verbrennungsmotors wird im Betrieb mittels einer
den Verbrennungsmotor kühlenden
Kühleinrichtung reduziert. Die
Kühleinrichtung
ist insbesondere als Flüssigkeitskühlung, vorzugsweise
als Wasserkühlung,
ausgebildet, bei der eine Kühlflüssigkeit
durch einen Kühlkreislauf
vom Verbrennungsmotor zu einem Kühler
transportiert wird, in dem es mittels eines die Oberfläche des
Kühlers
umströmenden
Luftstroms gekühlt
wird, der zum Beispiel durch den Lüfter der Kühleinrichtung erzeugt wird.
Das gekühlte
Kühlmittel
wird dem Verbrennungsmotor anschließend über eine Zulaufleitung des
Kühlmittelkreislaufs
wieder zugeführt.
Der Lüfter
wird in Abhängigkeit
von einer Temperatur der vom Verbrennungsmotor erwärmten Kühlflüssigkeit
angesteuert. Zur Kühlung
des Steuergerätes
mittels eines Luftstroms oder mindestens eines Teil-Luftstroms des
Lüfters
sind Lüfter
und Steuergerät
so angeordnet, dass das Steuergerät vom Luftstrom des Kühlers oder
dem Teil-Luftstrom des Kühlers
gekühlt
wird, insbesondere durch ein Umströmen gekühlt wird. Das Umströmen des
Steuergeräts
zur Kühlung
erfolgt in Abhängigkeit
von der ermittelten Steuergerät-Temperatur.
Dabei steuert die Steuergerät-Temperatur
zum Beispiel die Ausrichtung eines Luftleitelements, mit dem der
Teil-Luftstrom mehr oder weniger in Richtung des Steuergeräts gerichtet
wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Lüfter
zur Kühlung des
Steuergeräts
in Abhängigkeit
von der ermittelten Steuergerät-Temperatur
angesteuert wird. Ist das Steuergerät so angeordnet, dass es bei
Betrieb des Lüfters
in dessen Luftstrom oder zumindest einem Teil-Luftstrom liegt, so erfolgt eine Steuerung/Regelung
der Drehzahl des Lüfters
in Abhängigkeit
von der ermittelten Steuergerät-Temperatur.
Die Regelung ist zum Beispiel eine Zwei-Punkt-Regelung, bei der
der Lüfter
bei Erreichen einer oberen Schaltschwelle angeschaltet und – wenn er
nicht zur Kühlung
des Kühlmittels
benötigt
wird – bei
Erreichen einer niedrigeren unteren Schaltschwelle abgeschaltet wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ermitteln
der Steuergerät-Temperatur
ein Erfassen der Steuergerät-Temperatur
im Steuergerät
ist. Das Erfassen der Steuergerät-Temperatur
erfolgt vorzugsweise mittels eines im Gehäuse des Steuergeräts angeordneten
Temperatursensors.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass der Lüfter bei einer ermittelten
Steuergerät-Temperatur oberhalb einer
ersten kritischen Temperaturgrenze unabhängig von seiner Betriebsfunktion
in der Kühleinrichtung andauernd
betrieben wird. Durch den andauernden Betrieb des Lüfters wird
das Steuergerät
solange gekühlt,
bis die Steuergerät-Temperatur
bis auf einen Wert unterhalb der ersten kritischen Temperaturgrenze
gefallen ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Drehzahl des
Lüfters
in Abhängigkeit
von einer Temperaturdifferenz zwischen der Steuergerät-Temperatur
und der Temperaturgrenze angesteuert wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Lüfter
bei einer ermittelten Steuergerät-Temperatur
unterhalb einer Freigabe-Temperatur
nur noch in Abhängigkeit
von seiner Betriebsfunktion in der Kühleinrichtung betrieben wird.
Somit wird der Lüfter
bei einer ermittelten Steuergerät-Temperatur
unterhalb der Freigabe-Temperatur zum Beispiel nur noch in Abhängigkeit
von der Temperatur der Kühlflüssigkeit
(Kühlmitteltemperatur)
der Kühleinrichtung
betrieben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuergerät ein Motor-Steuergerät zur Steuerung
des Verbrennungsmotors ist. Ist das Motor-Steuergerät in der
Nähe des Verbrennungsmotors
angeordnet, so ist es insbesondere dem starken Wärmeeintrag des Verbrennungsmotors
selbst ausgesetzt. Bei dieser Anordnung in einem Motorraum des Fahrzeugs
kann das Motor-Steuergerät
jedoch so angeordnet werden, dass es zumindest in einem Teil-Luftstrom
des Lüfters
der Kühleinrichtung
liegt.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Betrieb des Steuergerätes bei einer ermittelten Steuergerät-Temperatur
oberhalb einer über
der ersten kritischen Temperaturgrenze liegenden zweiten kritischen
Temperaturgrenze eingeschränkt
wird. Eine derartige Einschränkung
ist bei einem Motor-Steuergerät insbesondere
eine Einschränkung
der Leistung des Verbrennungsmotors und/oder der Anzahl an Einspitzungen
pro Zeiteinheit beim Verbrennungsmotor. Durch diese Maßnahmen
wird zum Einen die Verlustwärme
der Leistungselektronik im Steuergerät reduziert und gleichzeitig
die von außen – hier also vom
Verbrennungsmotor als größte Wärmequelle des
Fahrzeugs – eingebrachte
Wärme beschränkt. Eine
derartige Beschränkung
des Betriebs des Verbrennungsmotors erfolgt insbesondere durch eine Regelung
einer Thermomanagement-Elektronik. Diese ist vorzugsweise im Steuergerät des Verbrennungsmotors
angeordnet.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des
vorstehend genannten Verfahrens. Es ist vorgesehen, dass das Steuergerät in mindestens
einem Teil-Luftstrom des Lüfters
liegt. Durch diese Anordnung wird das Steuergerät vom Luftstrom beziehungsweise
Teil-Luftstrom des Lüfters
durch umströmen
gekühlt.
Das Steuergerät
ist insbesondere das Motor-Steuergerät des Verbrennungsmotors.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zum Ermitteln
der Steuergerät-Temperatur
und eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Lüfters in Abhängigkeit
von der ermittelten Steuergerät-Temperatur aufweist.
Die Einrichtung zum Ermitteln der Steuergerät-Temperatur ist vorzugsweise
ein Temperatursensor oder weist mindestens einen Temperatursensor
auf. Der Temperatursensor ist bevorzugt im Inneren des Gehäuses des Steuergeräts angeordnet.
Die Ansteuereinrichtung ist bevorzugt eine vorhandene Steuereinrichtung zum
Ansteuern des Lüfters
in Abhängigkeit
von seiner Betriebsfunktion in der Kühleinrichtung.
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Zusätzlich oder
alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Einrichtung zum
Ermitteln der Steuergerät-Temperatur
und/oder die Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Lüfters im
Steuergerät ausgebildet
sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.
Dazu zeigen:
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1 einen
Motorraum eines Fahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor, einem Motor-Steuergerät des Verbrennungsmotors
und einer Kühleinrichtung
zur Kühlung
des Verbrennungsmotors und
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2 drei
Diagramme, bei denen eine Steuergerät-Temperatur, eine Lüfteraktivität und eine Thermomanagement-Aktivität über der
Zeit aufgetragen sind.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Motorraum 2 eines Fahrzeugs
mit einem im Motorraum 2 angeordneten Verbrennungsmotor 4.
In einem Frontbereich 6 des Motorraums 2, der
gleichzeitig Frontbereich des Fahrzeugs ist, ist ein Kühler 8 einer
Kühleinrichtung 10 zum
Kühlen
des Verbrennungsmotors 4 angeordnet. Der Kühler 8 ist
Teil eines Kühlkreislaufs
der Kühleinrichtung 10 in
dem eine Kühlflüssigkeit
(Kühlwasser)
zwischen dem Kühler 8 und
dem Verbrennungsmotor 4 ausgetauscht wird. Dazu weist die
Kühleinrichtung 10 eine den
Kühler 8 mit
dem Verbrennungsmotor 4 verbindende Zulaufleitung 12 und
eine den Verbrennungsmotor 4 mit dem Kühler 8 verbindende
Rücklaufleitung 14 auf.
In der Rücklaufleitung 14 ist
ein Thermostat 16 zur Messung der vom Verbrennungsmotor 4 erwärmten Kühlflüssigkeit
angeordnet. In der Zulaufleitung 12 ist eine die Kühlflüssigkeit
durch den Kühlkreislauf
pumpende Pumpe 18 angeordnet. Der Kühler 8 wird von einem
Rohr-Rippen-System mit Rohren und darüber gesteckten gestanzten Rippen
gebildet (nicht gezeigt). Bei hinreichend hoher Fahrzeuggeschwindigkeit
entwickelt sich ein Staudruck, sodass die Rohre des Kühlers 8 von
Frischluft umströmt
werden, die das flüssige
Kühlmittel
(die Kühlflüssigkeit) in
den Rohren kühlt.
Um auch bei niedrigen Geschwindigkeiten eine entsprechende Kühlleistung des
Kühlers 8 zu
gewährleisten,
weist die Kühleinrichtung 10 auf
einer dem Verbrennungsmotor 4 zugewandten Seite 20 des
Kühlers 8 einen
Lüfter 22 auf.
Dieser Lüfter 22 wird
von einer Ansteuereinrichtung der Kühleinrichtung 10 zur
Kühlung
des Verbrennungsmotors 4 in Abhängigkeit von der vom Thermostat 16 gemessenen
Rücklauftemperatur
der Kühlflüssigkeit
betrieben. Dies ist die Betriebsfunktion des Lüfters 22 in der Kühleinrichtung 10.
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Zur
Steuerung des Verbrennungsmotors 4 ist in einem Bauraum 24 des
Motorraums 2 zwischen dem Lüfter 22 und dem Verbrennungsmotor 4 ein
als Motor-Steuergerät 26 ausgebildetes
Steuergerät 28 so
angeordnet, dass es in einem Teil-Luftstrom (Pfeile 30)
des Lüfters 22 angeordnet
ist. Das Steuergerät 28 weist
eine von einem Gehäuse 32 umschlossene Steuerelektronik 34 zur
Ansteuerung des Verbrennungsmotors 4 auf. Innerhalb des
Gehäuses 32 weist das
Steuergerät 28 weiterhin
eine als Temperatursensor 36 ausgebildete Einrichtung 38 zum
Ermitteln der Steuergerät-Temperatur
T auf, mit dem die Steuergerät-Temperatur
T im Inneren des Gehäuses 32 durch
die Erfassung der Temperatur T ermittelt wird. Ein Teil der Steuerelektronik 34 ist
als eine Thermomanagement-Elektronik 40 ausgebildet, die
Funktionen des Verbrennungsmotors 4 bei einer erfassten Steuergerät-Temperatur
T oberhalb einer zweiten kritischen Temperaturgrenze T2 abschaltet.
Die (vorhandene) Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung des Lüfters 22 in
Abhängigkeit
von der vom Thermostat gemessenen Temperatur der Kühlflüssigkeit
wird auch als Ansteuereinrichtung 42 zur Ansteuerung des
Lüfters 22 in
Abhängigkeit
der durch den Temperatursensor 36 im Gehäuse 32 erfassten
Steuergerät-Temperatur T genutzt.
Dazu bekommt die Ansteuereinrichtung 42 ein Signal von
der Einrichtung 38. Lüfter 22,
Einrichtung 38 und Ansteuereinrichtung 42 sind
Teil einer Vorrichtung 44 zur Kühlung des Steuergeräts 28.
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Es
ergibt sich folgende Funktion der Vorrichtung 44: Bei einer
Steuergerät-Temperatur T unterhalb
einer ersten kritischen Temperaturgrenze T1 wird der Lüfter 22 nur
in Abhängigkeit
von seiner Betriebsfunktion in der Kühleinrichtung 10 – also in
Abhängigkeit
von der vom Thermostat 16 gemessenen Temperatur der Kühlflüssigkeit – betrieben.
Steigt die Steuergerät-Temperatur
T auf eine Temperatur oberhalb einer ersten kritischen Temperaturgrenze
T1, so wird der Lüfter 22 unabhängig von
seiner Betriebsfunktion in der Kühleinrichtung 10 permanent
betrieben. Da sich das Steuergerät 28 in
dem Teilluft-Strom (Pfeil 30) des Lüfters 22 befindet,
wird dieses durch den permanenten Betrieb des Lüfters 22 gekühlt bis die
Steuergerät-Temperatur
T auf einen Wert unterhalb einer Freigabe-Temperatur fällt, bei
der der Lüfter 22 nur
noch in Abhängigkeit
von seiner Betriebsfunktion in der Kühleinrichtung 10 betrieben
wird. Diese ist bevorzugt gleich der ersten kritischen Temperatur
T1. Kann das Steuergerät 28 durch
die Kühlung
nicht bis auf die Freigabetemperatur heruntergekühlt werden, so bleibt es bei
einem andauernden Betrieb des Lüfters 22.
Steigt die Steuergerät-Temperatur
T trotz Kühlung
durch den Teil-Luftstrom (Pfeil 30) des Lüfters 22 und
erreicht eine zweite kritische Temperaturgrenze T2, die oberhalb
der ersten kritischen Temperaturgrenze T1 liegt, so wird der Betrieb
des Steuergeräts 28 durch
die Thermomanagement-Elektronik 40 des Steuergerätes 28 eingeschränkt. Durch
diese zusätzliche
Maßnahme
verringert sich die Leistungsaufnahme der Steuerelektronik 34 des
Steuergeräts 28.
Bei dem als Motorsteuergerät 26 ausgebildeten
Steuergerät 28 ist
die Einschränkung
gleichzeitig eine Einschränkung
des Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors 4, sodass dessen
Wärmeeintrag
in den Motorraum 2 und damit in das Steuergerät 28 reduziert
wird.
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Die 2 zeigt
in drei Diagrammen den Zusammenhang zwischen einer Lüfter-Aktivität AL des Lüfters 22,
einer Thermomanagement-Aktivität
ATder Thermomanagement-Elektronik 40 des Steuergerätes 28 und
einem Verlauf der Steuergerät-Temperatur
T. Das obere Diagramm zeigt den Verlauf der Steuergerät-Temperatur
T, das darunter liegende Diagramm die Aktivität AL des Lüfters 22 (Lüfter in
Betrieb: 1/Lüfter
aus: 0) und das untere Diagramm die Thermomanagement-Aktivität AT (Thermomanagement
aktiv: 1/Thermomanagement inaktiv: 0) über einer Zeit t. Im gezeigten
zeitlichen Verlauf steigt die Steuergerät-Temperatur T in einem ersten
Zeitfenster t1 bis auf die erste kritische Temperatur T1. Daraufhin
wird der Lüfter 22 von
der Ansteuerelektronik in Betrieb gesetzt. In einem anschließenden zweiten Zeitfenster
t2 liegt die Steuergerät-Temperatur
T oberhalb der ersten kritischen Temperatur T1, sodass der Lüfter 22 andauernd
betrieben wird. Am Ende des zweiten Zeitfensters t2 hat der Teil-Luftstrom
des Lüfters 22 das
Steuergerät 28 so
weit abgekühlt,
dass die Steuergerät-Temperatur
T in einem anschließenden
dritten Zeitfenster t3 wieder unterhalb der ersten kritischen Temperatur
T1 liegt. Da in diesem Falle die erste kritische Temperatur T1 auch eine
Freigabe-Temperatur
ist, unterhalb der der Lüfter 22 nur
noch in Abhängigkeit
von seiner Betriebsfunktion in der Kühleinrichtung 10 betrieben
wird, ist der Lüfter 22 im
dritten Zeitfenster t3 inaktiv. Am Ende des dritten Zeitfensters
t3 ist die Steuergeräte-Temperatur
T wieder auf die erste kritische Temperaturgrenze T1 angestiegen.
Der Lüfter 22 wird
erneut von der Ansteuereinrichtung 42 in Betrieb gesetzt.
In einem vierten Zeitfenster t4 steigt die Steuergerät-Temperatur
T trotz permanent betriebenem Lüfter 22 von
der ersten kritischen Temperaturgrenze T1 auf eine zweite kritische
Temperaturgrenze T2, die oberhalb der ersten kritischen Temperaturgrenze
T1 liegt. Bei Erreichen der zweiten kritischen Temperaturgrenze
T2 begrenzt die Thermomanagement-Elektronik 40 dem Betrieb
des Steuergeräts 28, sodass
die Steuergerät-Temperatur
T in einem anschließenden
fünften
Zeitfenster t5 einen sinkenden Verlauf 46 zeigt. Ohne das
Eingreifen der Thermomanagement-Elektronik 40 ergibt sich
ein weiter steigender Verlauf 48 der Steuergerät-Temperatur
T. Das zweite Diagramm zeigt die entsprechende Lüfteraktivität AL in den fünf Zeitfenstern
t1 bis t5 und das dritte Diagramm zeigt die entsprechende Aktivität AT der Thermomanagement-Elektronik 40 in
den gleichen fünf
Zeitfenstern t1 bis t5.
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Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahren zur
Kühlung
des Steuergeräts 28 ist
die zusätzliche Kühlung des
Steuergeräts 28 mittels
des Teil-Luftstroms (Pfeile 30) im Zeitfenster t2, ohne
die die Steuergerät-Temperatur
T des Steuergerätes 28 schon
zu einem deutlich früheren
Zeitpunkt die zweite kritische Temperaturgrenze T2 erreicht hätte, wodurch
die Thermomanagement-Elektronik 40 schon wesentlich
früher
den Betrieb des Steuergeräts 28 und
damit des Verbrennungsmotors 4 beschränkt hätte.