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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer Funktionsfähigkeit eines Thermostatventils in einem Kühlmittelrücklauf.
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Es ist seit langem bekannt, zum Kühlen eines Verbrennungsmotors zwei Kühlkreisläufe, nämlich einen kleinen und einen großen Kühlkreislauf, einzusetzen. Der kleine Kühlkreislauf kühlt den Verbrennungsmotor im Warmlauf, also in der Phase des Motorbetriebes vom Start bis zum Erreichen der Betriebstemperatur. Im Warmlauf ist es wichtig, dass ein zwischen dem kleinen Kühlkreislauf und dem großen Kühlkreislauf vorgesehenes Thermostatventil dicht hält, d.h. kein Kühlmittel aus dem kleinen in den großen Kühlkreislauf fließt. Andernfalls wird das Aufheizverhalten des Verbrennungsmotors negativ beeinflusst. Nach dem Warmlauf verbindet das Thermostatventil bedarfsabhängig den kleinen Kühlkreislauf mit dem großen Kühlkreislauf, so dass Kühlmittel, welches im großen Kühlkreislauf durch einen Luftkühler geführt und dadurch wirksam abgekühlt wird, in den kleinen Kühlkreislauf eingebracht wird.
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Üblicherweise wird das erläuterte Kühlsystem am Ende des Montagebands einem Diagnoseverfahren (sogenannte "On-Board-Diagnose") durchgeführt. Dabei wird das Fahrzeug auf einem Rollenstand gefahren und es erfolgen verschiedene Tests. Diese Diagnose hat sich in der Vergangenheit jedoch als verbesserungswürdig erwiesen.
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Ergänzend sei noch auf die Druckschrift
DE 44 26 494 A1 verwiesen, welche ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine beschreibt. Aus dieser Druckschrift ist eine Einrichtung zur Überwachung des Kühlsystems bei einer Brennkraftmaschine mit einem Temperatursensor bekannt, der ein für das Kühlsystem charakteristisches Temperatursignal erzeugt. Anhand des Verlaufs dieses Temperatursignals werden Fehler im System ermittelt, indem die erkannten Temperaturänderungen pro Zeiteinheit ausgewertet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Ansatz zur Ermittlung der Funktionsfähigkeit eines Thermostatventils bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass eine definierte Energiemenge in einen Verbrennungsmotor eingebracht wird und in Abhängigkeit von einer Änderung der Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelrücklauf entschieden wird, ob das Thermostatventil funktionstüchtig ist, d.h., ob das Thermostatventil insbesondere im Warmlauf dicht hält.
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Somit kann die Funktionstüchtigkeit des Thermostatventils auf einfache Weise überprüft werden.
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Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schritte a) bis e) für eine Vielzahl der ermittelbaren Energiemengen wiederholt werden, wobei bevorzugt im Anschluss an einen jeweiligen Schritt e) ein erster Zähler inkrementiert wird, wenn entschieden wird, dass das Thermostatventil funktionsfähig ist, und andernfalls ein zweiter Zähler inkrementiert wird. Dadurch, dass die Schritte a) bis e) für eine Vielzahl vordefinierter Energiemengen wiederholt werden, ergeben sich insbesondere im Warmlauf des Verbrennungsmotors eine Vielzahl von Messpunkten. Beispielsweise kann sich auf Grund sich verändernder Außentemperatur ergeben, dass die Änderung der Temperatur des Kühlmittels den Schwellwert überschreitet, obwohl das Thermostatventil funktionsfähig ist. Dies soll aber im Gesamtergebnis nicht dazu führen, dass das Thermostatventil als nicht funktionsfähig angesehen wird. Dies wird mittels der vorstehenden Ausgestaltung erreicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Wiederholen der Schritte a) bis e) beendet wird, wenn eine Motorkühlmittelmodelltemperatur oder eine Motorkühlmitteltemperatur erreicht ist oder eine vordefinierte Zeitspanne abgelaufen ist. Die Motorkühlmittelmodeltemperatur ist eine Temperatur des Kühlmittels im Verbrennungsmotor, welche anhand eines Modells ermittelt wird. Eingangsgrößen des Models sind beispielsweise der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und die eingebracht Energiemenge. Die Motorkühlmitteltemperatur dagegen wird direkt im Verbrennungsmotor gemessen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass nach dem Beenden des Wiederholens der Schritte a) bis e) der erste und zweite Zähler in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden und in Abhängigkeit von dem Verhältnis über die Funktionsfähigkeit des Thermostatventils endgültig entschieden wird. Dadurch kann auf einfache Weise entschieden werden, ob das Thermostatventil im Endergebnis als funktionstüchtig angesehen wird oder nicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die bereits eingebrachte Energiemenge auf Basis eines Luftmassen- oder Kraftstoffintegrals und/oder mittels einer Kühlmittelmodelltemperatur ermittelt wird. Dadurch kann die eingebrachte Energiemenge auf einfach Weise ermittelt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Schwellwert in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels und einer Außentemperatur bestimmt wird. Da die Außentemperatur einen Einfluss auf die Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelrücklauf und damit auf das Ergebnis "funktionstüchtig"/"nicht-funktionstüchtig" haben kann, kann eine Berücksichtigung derselben die Zuverlässigkeit des Verfahrens erhöhen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug während der Schritte a) bis e) auf einer Rolle fährt und/oder ein externes Fahrtwindgebläse abgeschaltet ist. Dadurch wird eine externe Luftzufuhr und damit eine Kühlung des Kühlmittels insbesondere im Kühlmittelrücklauf im Wesentlichen vermieden, wodurch das Verfahren noch zuverlässiger wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Lüfter zum Kühlen eines Kühlers, welcher das Kühlmittel aus dem Kühlmittelrücklauf kühlt, eine vorbestimmte Drehzahl nicht überschreitet. Auch durch diese Maßnahme wird das Verfahren noch zuverlässiger, d.h. ein funktionsfähiges bzw. nicht-funktionsfähiges Thermostatventil wird noch sicherer erkannt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Von den Figuren zeigen:
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1 schematisch einen Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeug samt einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Thermostatventil aus 1 in einem geschlossenen Zustand;
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3 das Thermostatventil aus 2 in einem geöffneten Zustand;
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4 ein Diagram für ein funktionstüchtiges Thermostatventil; und
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5 ein Diagram für ein nicht-funktionstüchtiges Thermostatventil.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 100, welcher von einem Kühlsystem 102 gekühlt wird. Der Verbrennungsmotor 100 und das Kühlsystem 102 sind Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs. Das Kühlsystem 102 umfasst einen kleinen Kühlkreislauf 104 und einen großen Kühlkreislauf 106, welche mittels eines Thermostatventils 108 miteinander koppelbar sind. Im geschlossenen Zustand des Thermostatventils 108 wird somit insbesondere im Warmlauf des Verbrennungsmotors 100 das Kühlmittel lediglich in dem kleinen Kühlkreislauf 104 mittels einer Pumpe 110 zirkuliert, d.h. in diesem Zustand des Thermostatventils 108 sind der kleine und der große Kühlkreislauf 104, 106 voneinander entkoppelt. Dies ist aber nur dann sichergestellt, wenn das Thermostatventil 108 funktionsfähig ist, d.h., dieses den kleinen Kühlkreislauf 104 gegenüber dem großen Kühlkreislauf 106 abdichtet. Im geöffneten Zustand des Thermostatventils 108 fließt Kühlmittel aus dem kleinen Kühlkreis 104 in den großen Kühlkreislauf 106. In dem großen Kühlkreislauf 106 durchfließt das Kühlmittel einen Luftkühler 112 und fließt hiernach wieder durch das Thermostatventil 108 zurück in den kleinen Kühlkreislauf 104, um den Verbrennungsmotor 100 zu kühlen. Ein fahrzeuginterner Lüfter 113 ist bei Bedarf zum Kühlen des Luftkühlers 112 zuschaltbar.
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Der geschlossene Zutand des Thermostatventils 108 ist in 2 gezeigt, wobei der Fluss des Kühlmittels durch das Thermostatventil 108 mit gestrichelter Linie angedeutet ist. 3 zeigt dagegen das Thermostatventil 108 in geöffnetem Zustand, wobei der Fluss des Kühlmittels durch das Thermostatventil 108 mit gestrichelter Linie angedeutet ist.
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Weiterhin ist in 1 eine Vorrichtung 114 gezeigt, welche dazu dient die Funktionstüchtigkeit des Thermostatventils 108 zu ermitteln und typischerweise am Ende eines Montagebands zum Herstellen des Fahrzeugs vorgesehen ist. Der Aufbau der Vorrichtung 114 wird nachfolgend in Zusammenhang mit einem Verfahren zum Ermitteln der Funktionsfähigkeit des Thermostatventils 108 näher erläutert.
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Während das Verfahren abläuft fährt das Fahrzeug bevorzugt auf einer Rolle insbesondere am Ende des Monatagebands. Weiterhin ist ein externes Fahrtwindgebläse, also ein fahrzeugexterner Lüfter, welches für andere Arten von Tests insbesondere der Klimaanlage benötigt wird, abgeschaltet. Der Luftkühler 113 wird derart gesteuert, dass er eine vorbestimmt Drehzahl nicht überschreitet oder ganz aus ist.
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In einem erst Schritt wird der Verbrennungsmotor 100 gestartet.
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Das Fahrzeug wird während einer Rollenfahrt erwärmt, so dass aufgrund diese Rollenfahrt eine bestimmte Energiemenge eingebracht wird, welche für die weitere Auswertung ermittelt wird. Die Vorrichtung 114 umfasst verschiedene Elemente, wie eine Einbringungseinrichtung 116, eine Steuereinrichtung 118 mit einer als Mikroprozessor ausgebildeten Rechnereinrichtung, welche Ansteuerelemente zum Einbringen einer vordefinierten Kraftstoffmenge und/oder Luftmasse in den Verbrennungsmotor 100 ansteuert.
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Bevorzugt weist die Einbringungseinrichtung 116 einen Regelkreis auf, welcher die tatsächlich eingebrachte Energiemenge misst bzw. ermittelt. Die tatsächlich eingebrachte Energiemenge kann beispielsweise dadurch gemessen bzw. ermittelt werden, dass die pro Zeiteinheit eingebracht Luftmasse gemessen und über die Zeit aufsummiert wird (vorliegend auch als "Luftmassenintegral" bezeichnet) oder die pro Zeiteinheit eingebrachte Kraftstoffmenge gemessen und über die Zeit aufsummiert wird (vorliegend auch als "Kraftstoffintegral" bezeichnet). Weiterhin besteht die Möglichkeit die eingebrachte Energiemenge anhand der sogenannten Kühlmittelmodeltemperatur zu bestimmen. Diese basiert auf einem Simulationsmodell beispielsweise mit den Eingangsgrößen Luftmassenintegral, Kraftstoffintegral und Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 100.
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Mit dem Einbringen einer ersten vordefinierten Energiemenge zu einem Zeitpunkt t1 steigt die im Verbrennungsmotors 100 gemessene Kühlmitteltemperatur, wie sich anhand der Graphen TZ in den 4 und 5 ablesen lässt. 4 zeigt dabei verschiedene Verläufe für ein funktionstüchtiges Thermostatventil 108, während 5 verschiede Verläufe für ein nicht-funktionstüchtiges Thermostatventil 108 zeigt.
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Vor und nach dem Einbringen der ersten vordefinierten Energiemenge wird eine Temperatur TR des Kühlmittels in einem Kühlmittelzulauf vor einen Thermostatventil 108, siehe 1, mittels einer Messeinrichtung 122 der Vorrichtung 114 gemessen. Über einen Kühlmittelrücklauf 120, welcher der Leitungsabschnitt nach dem Thermostatventil 108 und dem Luftkühler 112 bildet und fließt das Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotor 100 bei geöffneten Zustand des Thermostatventils 108 in den Luftkühler 112 zurück.
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Hiernach wird die Änderung der Temperatur TR des Kühlmittels mittels einer Vergleichereinrichtung 124 der Rechnereinrichtung 118 mit einem gespeicherten, vordefinierten Schwellwert verglichen. Der Schwellwert wird dabei bevorzugt in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer Außentemperatur TA, siehe 1, und der aktuellen Temperatur TR des Kühlmittels beispielsweise auf Basis einer gespeicherten Tabelle ermittelt. Ein Speicher 125 mit dem einen Schwellwert bzw. der Tabelle ist ebenfalls in 1 gezeigt. Die Außentemperatur TA wird außerhalb des Fahrzeugs gemessen, wobei eine strichpunktierte Linie in 1 eine Fahrzeuggrenze schematisch andeutet.
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Eine Auswerteinrichtung 126 der Rechnereinrichtung 118 entscheidet hiernach, dass das Thermostatventil 108 funktionsfähig ist, wenn die Änderung der Temperatur TR den Schwellwert nicht überschreitet. Andernfalls entscheidet die Auswerteeinrichtung 126, dass das Thermostatventil 108 nicht-funktionstüchtig ist. Diese Information ("Thermostatventil i.O." / "Thermostatventil n.i.O.") kann beispielsweise auf einer Anzeigeinrichtung 128 am Montageband angezeigt werden.
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Bevorzugt ist das Verfahren jedoch dahingehend ausgestaltet, dass im Anschluss an die Auswertung durch die Auswerteinrichtung 126 zunächst lediglich ein erster Zähler Z1 auf der Rechnereinrichtung 118 inkrementiert wird, wenn festgestellt wird, dass das Thermostatventil 108 funktionsfähig ist, und andernfalls ein zweiter Zähler Z2 inkrementiert wird.
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Hiernach wird – gemäß der bevorzugten Ausgestaltung – eine zweite, vordefinierte Energiemenge in den Verbrennungsmotor 100 eingebracht und die vorstehenden Schritte wiederholt. Daraufhin wird eine dritte, vierte ... n-te Energiemenge in den Verbrennungsmotor 100 eingebracht, und die vorstehenden Schritte werden jeweils wiederholt. Damit ergeben sich dann die jeweiligen Verläufe der Temperatur TZ des Kühlmittels im Verbrennungsmotor, der Temperatur TR im Kühlmittelrücklauf 120, des ersten Zählers Z1 und des zweiten Zählers Z2 in den 4 und 5. Außerdem zeigen die 4 und 5 eine simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit V (berechnet anhand der Drehzahl der Rollen, auf welchen das Fahrzeug fährt).
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4 zeigt die Verläufe Z1, Z2 bei einem funktionsfähigen Thermostatventil 108. Da bei funktionsfähigem Thermostatventil 108 die Temperatur TR im Kühlmittelrücklauf im Wesentlichen konstant bleibt, d.h. die Änderung im Wesentlichen Null ist, wird der erste Zähler Z1 kontinuierlich hochgezählt, während der zweite Zähler Z2 Null bleibt und daher in 4 nicht sichtbar ist.
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In 5, welche Verläufe für ein nicht-funktionsfähiges Thermostatventil 108 zeigt, wird dagegen im Wesentlichen der zweite Zähler Z2hochgezählt, da Kühlmittel durch das undichte Thermostatventil 108 in den Kühlmittelrücklauf 120 fließt ("Leckage") und sich somit die Temperatur TR im Kühlmittelrücklauf 120 stark ändert. Der Umstand, dass auch der erste Zähler Z1 geringfügig hochgezählt wird, ist auf ein Zusammenspiel verschiedener mitunter nur schwer kontrollierbarer Faktoren zurückzuführen. Es ist jedoch auch möglich, dass zu einem Zeitpunkt t2 gewollt ein Test einer Klimaanlage des Fahrzeugs durchgeführt wird, was entsprechenden Einfluss auf die Temperatur TR im Kühlmittelrücklauf 120 und damit auf den zweiten Zähler Z2 hat. Dies ist im Endergebnis aber unschädlich für das vorliegende Verfahren zum Ermitteln der Funktionsfähigkeit des Thermostatventils 108, wie später noch näher gezeigt wird, so dass vorteilhaft gleichzeitig das Thermostatventil 108 und die Klimaanlage auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüft werden können.
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Das Verfahren wird zu einem Zeitpunkt t3 beendet, wenn die Kühlmittelmodelltemperatur einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Alternativ kann das Verfahren auch beendet werden, wenn die Temperatur TZ des Kühlmittels im Verbrennungsmotor einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet oder wenn eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist.
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Hiernach werden der erste und zweite Zähler Z1, Z2 in ein Verhältnis zueinander gesetzt und in Abhängigkeit von dem Verhältnis entschieden, ob das Thermostatventil 108 endgültig als funktionsfähig anzusehen ist, oder nicht. Das Ergebnis dieser Entscheidung, welche wiederum von der Auswerteeinrichtung 126 vorgenommen wird, wird auf der Anzeigeinrichtung 128 angezeigt.
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Am Ende des Verfahrens werden die Zähler Z1, Z2 auf Null gesetzt und das Verfahren für ein weiteres Fahrzeug wiederholt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind die vorstehend beschriebenen Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombinierbar. Ferner sei darauf hingewiesen, dass "ein" eine Mehrzahl nicht ausschließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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