DE60028713T2

DE60028713T2 - Temperaturregelung für eine Motorsteuereinheit

Info

Publication number: DE60028713T2
Application number: DE60028713T
Authority: DE
Inventors: John J. Marlow Purcell; Ed P. Columbus Hodzen; Paul Sowerby; Eric B. Wooburn Green Andrews
Original assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Engine Co Ltd; CNH UK Ltd
Current assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Ltd; CNH UK Ltd
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2020-12-08
Also published as: EP1111491B1; US6655326B2; GB2357593A; DE60028713D1; GB9930114D0; US20010015181A1; JP4895423B2; EP1111491A3; EP1111491A2; JP2001214783A; ATE330268T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einer Anordnung zum Steuern der Temperatur einer elektronischen Motor-Steuereinheit (ECU).
Die Hauptfunktion, die von ECU-Einheiten in Verbrennungsmotoren ausgeführt wird, besteht in der Regelung der Treibstoff-Zufuhr an die Motor-Zylinder. In manchen Fällen werden sie zusätzlich zur Durchführung anderer Funktionen verwendet, wie zum Beispiel zur Steuerung von Zusatz-Ausrüstungen, wie einer Motorbremse, einer Lichtmaschine oder einem Luft-Kompressor. Die Steuerung irgendeiner Komponente führt typischer Weise zur einer höheren Verlust-Leistung von der ECU.
Eine Überhitzung ist eine häufige Ursache für den Ausfall der ECU. Dies gilt insbesondere für Traktor- und Lastwagen-Motoren, die unter sich sehr stark änderten Umgebungsbedingungen arbeiten müssen. Aus diesem Grund ist es bekannt, die ECU von Motoren dadurch zu kühlen, dass sie auf einem Kühlkörper befestigt wird, durch den der an die Motor-Zylinder gelieferte Treibstoff strömt.
Bisher wurde das ECU-Kühlsystem so ausgelegt, dass es bestimmte festgelegte Extremwerte der Umgebungstemperatur und der Motor-Last aushalten kann, doch könnte, wenn der Motor außerhalb des festgelegten Betriebsbereiche betrieben wird, ein Ausfall der ECU auftreten. Nach einem derartigen Ausfall könnte der Motor in manchen Fällen noch in einer „Notbetriebs"-Betriebsart arbeiten, doch könnte er nicht mehr wirkungsvoll verwendet werden.
Die elektronische Steuerschaltung nach der GB-A-2.323.684 umfasst einen Temperatursensor, der mit der Steuerschaltung in Kontakt steht. In Abhängigkeit davon, ob vorgegebene Temperatur-Schwellenwerte überschritten werden, können unterschiedliche Maßnahmen eingeleitet werden, um die von der Steuerschaltung erzeugte Wärme zu reduzieren oder um die Kühlkapazität zu vergrößern. Ein derartiges Temperatur-Management-System kann jedoch nicht pro-aktiv arbeiten, was bedeutet, dass die Temperatur der Steuer-Schaltung zunächst über einen vorgegebenen Schwellenwert ansteigen muss, bevor irgend eine Maßnahme getroffen werden kann. Wenn eine hohe Temperatur-Anstiegsgeschwindigkeit auftritt, können die Maßnahmen zur Verringerung der Temperatur zu spät kommen, wodurch die Temperatur weit über die vorgegebenen Schwellenwerte hinausschießt und zu einer beschädigten Steuer-Schaltung führt.
Im Hinblick auf die Überwindung der vorstehenden Nachteile ergibt die vorliegende Erfindung einen Motor mit einer elektronischen Motor-Steuereinheit (ECU) und einem Temperatur-Management-System für die ECU zum Verhindern eines Ausfalls der ECU durch eine Überhitzung über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus, wobei das System eine Steuereinrichtung zur Begrenzung einer weiteren Erhitzung der ECU umfasst, um zu verhindern, dass der Grenzwert überschritten wird, indem zumindest eine der Maßnahmen einer vergrößerten Kühlung der ECU und einer Verringerung der Wärme-Erzeugung der ECU gesteuert wird.
Der Motor ist dadurch gekennzeichnet, dass das Temperatur-Management-System weiterhin Folgendes umfasst:

– einen Kühlmitteltemperatur-Sensor, der zur Messung der Temperatur des Kühlmittels betreibbar ist, nachdem das Kühlmittel die ECU gekühlt hat;
– einen Umgebungstemperatur-Sensor, der zur Messung der Luft-Temperatur in der Nähe der ECU betreibbar ist; und
– Recheneinrichtungen zur Auswertung, aus den gemessenen Temperaturen, mit Hilfe eines Algorithmus, der maximalen Rate der Wärmeabgabe in der ECU ohne Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes, und zum Steuern einer Steuereinrichtung auf der Grundlage der berechneten maximalen Rate der Wärmeabgabe.

Die Erfindung beruht auf der Vorhersage der Gefahr eines Ausfalls ECU als Ergebnis einer Überhitzung und die Vornahme von Maßnahmen zum Verhindern eines derartigen Ausfalls, bevor eine übermäßige Temperatur erreicht wird.
Die vorherrschende Temperatur der ECU kann direkt gemessen werden, beispielsweise durch einen Temperatursensor in Kontakt mit der ECU, oder indirekt, beispielsweise durch Messen der Temperatur des Kühlmittels, dass durch einen mit der ECU in Kontakt stehenden Kühler fließt. Alternativ können Einrichtungen zur Messung der Temperatur der Umgebungsluft und irgend eines Kühlmittels, das zum Kühlen der ECU dient, und zur Auswertung der maximalen Rate der Wärmeabgabe in der ECU aus den gemessenen Temperaturen vorgesehen sein. Sobald durch die Messung oder Auswertung erkannt wird, dass sich die Temperatur der ECU dem Punkt nähert (diesen jedoch nicht erreicht hat ), an dem die Gefahr eines Ausfalls durch Überhitzung besteht, werden Schritte vorgenommen, um irgend einen weiteren Temperaturanstieg zu begrenzen.
Der Temperaturanstieg der ECU wird durch zwei Faktoren bestimmt, nämlich durch die Menge an Wärme, die von der ECU erzeugt wird, und die Menge an Wärme, die von der ECU abgeleitet wird. Einer oder beide dieser Faktoren können modifiziert werden, wenn festgestellt wurde, dass die Gefahr einer Überhitzung unmittelbar bevorsteht.
Um die Kühlung der ECU zu verbessern, ist es möglich, ein Gebläse einzuschalten, die Rate der Kühlmittel-Strömung zu vergrößern oder die Temperatur des Thermostaten in dem Motor-Kühlsystem zu ändern.
Um die Rate der Wärmeerzeugung innerhalb der ECU zu verringern, ist es möglich, die maximale Motorlast zu verringern oder Zusatz-Ausrüstungen abzuschalten.
Die Erfindung wird nunmehr weiter in Form eines Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die ein Blockschaltbild eines ECU-Temperatur-Management-Systems der Erfindung ist.
Die Zeichnung zeigt eine Motor-Steuereinheit (ECU), die allgemein mit 10 bezeichnet ist und die eine zentrale Prozessor-Einheit (CPU) 12 und verschiedene Treiber 16 umfasst. Es sind im allgemeinen die Treiber 16, die Wärme erzeugen, weil sie Teile von Leistungsschaltungen bilden, und allgemein gilt, dass je mehr Treiber 16 im Gebrauch sind, und je größer der von diesen Treibern gesteuerte Laststrom ist, desto mehr Wärme in der ECU erzeugt wird. Die dargestellte ECU ist so gezeigt, als ob sie einen internen Temperatursensor beinhaltet, was zwar bevorzugt wird, jedoch optional ist.
Die Zeichnung zeigt externe Geräte 18, die durch die Treiber 16 gesteuert werden. Diese schließen notwendigerweise die Motor-Treibstoff-Einspritzdüsen ein, können jedoch auch andere Zusatzausrüstungen, wie zum Beispiel eine Motorbremse, einen von dem Motor angetriebenen Generator oder Luft-Kompressor einschließen. Jedes dieser Geräte trägt in Abhängigkeit von dem Strom, dass es aus seinem Treiber 16 zieht, zu der Verlustleistung in der ECU bei. Wenn somit beispielsweise der Motor mit hoher Last betrieben wird, bei der die Einspritzdüsen über lange Zeitperioden offen sind, so wird mehr Wärme in den entsprechenden Treibern 16 erzeugt, als wenn der Motor mit niedrigerer Last betrieben wird, wobei die Einspritzdüsen nur für kürzere Zeitperioden geöffnet werden.
Die ECU wird durch einen Kühler 20 gekühlt, der effektiv ein Wärmetauscher in thermischem Kontakt mit der ECU ist, durch den ein Kühlmittel fließt, üblicherweise die Treibstoff-Versorgung des Motors. Das Kühlmittel tritt in den Kühler 20 über eine Zufuhrleitung 22 ein und verlässt ihn über eine Auslassleitung 24. Ein Kühlmittel-Temperatursensor 26 ist in der Auslassleitung 24 vorgesehen, und zusätzlich wird ein Umgebungstemperatur-Sensor 28 verwendet, um die Lufttemperatur in der Nähe der ECU zu messen. Die Ausgangs-Signale aller drei Temperatur-Sensoren 14, 26 und 28 werden der CPU 12 zugeführt.
Im Betrieb der ECU wird Wärme erzeugt und, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung dargestellt ist, an den Kühler 20 und die Umgebungsluft abgegeben. Die CPU 12 der ECU 10 führt zusätzlich zur Ausführung ihrer normalen Funktion der Steuerung der Treiber 16 der verschiedenen externen Geräte 18 dauernd Temperatur-Berechnungen aus, um die Gefahr einer Überhitzung der ECU zu bestimmen. In dieser Hinsicht kann die CPU einen Algorithmus verwenden, der als Eingangsvariablen die Temperaturen des Kühlmittels (Sensor 26) und der Umgebungsluft (Sensor 28), und falls verfügbar, die Temperatur der ECU 10 selbst (Sensor 14), hat, um die maximale Rate zu bestimmen, mit der Wärme in der ECU erzeugt werden kann, ohne die vorherrschende Kühl-Kapazität zu überschreiten.
Die CPU kann weiterhin aus den Signalen, die sie zur Steuerung der Treiber 16 erzeugt, die Rate auswerten, mit der die Wärme durch die ECU erzeugt wird. Wenn die Wärme-Abgabe der ECU 10 die ausgewertete maximale Kühl-Rate übersteigt, so trifft die CPU Maßnahmen, um eine Überhitzung der ECU zu verhindern.
Diese Aktion kann eine von zwei Formen annehmen. Die erste besteht in einer Vergrößerung der maximal zulässigen Verlustleistung, und die zweite besteht in einer Begrenzung der internen Wärme-Erzeugung.
Es ist möglich, die Kühlung durch Vergrößern der Luft-Strömung zu verbessern, beispielsweise durch Einschalten eines Gebläses oder durch eine Vergrößerung der Drehzahl eines Gebläses mit veränderlicher Drehzahl, wenn der Motor so ausgerüstet ist.
Weitere Möglichkeiten bestehen in einer Vergrößerung der Strömungsrate des Wärmeübertragungs-Kühlmittels, beispielsweise durch Steuern der Treibstoff-Pumpe, und durch Absenken der Motor-Betriebstemperatur mit Hilfe des elektronischen Thermostaten, was die Umgebungsluft-Spitzentemperatur verringern sollte.
Die interne Verlustleistung kann dadurch verringert werden, dass nicht wesentliche Treiber abgeschaltet werden, die Wärme erzeugen, wenn sie eingeschaltet sind. Diese Treiber können Steuersysteme steuern, die nicht für einen sicheren Fahrzeug-/System-Betrieb wesentlich sind. Die Anzahl der abzuschaltenden Treiber hängt von der gemessenen inneren Temperatur, wenn diese bekannt ist, oder der ausgewerteten maximalen verfügbaren Kühlkapazität ab.
Die die Treibstoff-Zufuhr an die Motor-Zylinder steuernden Treiber können als solche verwendet werden, um die Wärme-Erzeugung zu verringern. So kann die Treibstoff-Zufuhr an ausgewählte Zylinder abgeschaltet werden, der Motor kann mit Teillast betrieben werden, wobei eine verringerte Treibstoff-Zufuhr an alle die Zylinder vorgesehen wird.
Alternativ können die Treiber, die Zusatzausrüstungen zugeordnet sind, wie zum Beispiel eine Motorbremse, ein Generator oder ein Luft-Kompressor, abgeschaltet oder mit verringerter Verlustleistung in den Treibern betrieben werden, bis keine Gefahr einer Überhitzung der ECU mehr besteht.

Claims

Motor mit einer elektronischen Motor-Steuereinheit (ECU) (10) und einem Temperatur-Management-System (12) für die ECU (10) zum Verhindern eines Ausfalls der ECU durch eine Überhitzung über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus, wobei das System (12) eine Steuereinrichtung zur Begrenzung einer weiteren Erhitzung der ECU (10) umfasst, um ein Überschreiten des Grenzwertes zu verhindern, indem zumindest eine der Maßnahmen einer vergrößerten Kühlung der ECU (10) und einer Verringerung der Wärme-Erzeugung der ECU (10) gesteuert wird; und dadurch gekennzeichnet, dass das Temperatur-Management-System (12) weiterhin folgendes umfasst: – einen Kühlmitteltemperatur-Sensor (26), der zur Messung der Temperatur eines Kühlmittels betreibbar, nachdem das Kühlmittel die ECU (10) gekühlt hat; – einen Umgebungstemperatur-Sensor (28), der zur Messung der Temperatur in der Nähe der ECU (10) betreibbar ist; und – Recheneinrichtungen (12) zur Auswertung, aus den gemessenen Temperaturen, mit Hilfe eines Algorithmus, der maximalen Rate der Wärmeabgabe in der ECU (10) ohne Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes; wobei die Recheneinrichtungen (12) die Steuereinrichtung auf der Grundlage der berechneten maximalen Rate der Wärme-Abgabe steuern.
Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die ECU (10) eingefügter oder mit dieser in Kontakt stehender Temperatursensor (14) zur Messung der Temperatur der ECU (10) vorgesehen ist, wobei die gemessene Temperatur der ECU einen weiteren Eingang an den Algorithmus der Rechen-Einrichtungen (12) liefert.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Begrenzung einer weiteren Erwärmung der ECU (10) Einrichtungen zum Einschalten eines Gebläses oder zur Vergrößerung der Drehzahl eines Gebläses mit veränderbarer Drehzahl umfasst.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Begrenzung einer weiteren Erwärmung der ECU (10) Einrichtungen zur Vergrößerung der Rate der Kühlströmung umfasst.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Begrenzung einer weiteren Erwärmung der ECU (10) Einrichtungen zur Verringerung der Öffnungs-Temperatur eines Thermostaten in dem Motor-Kühlsystem umfasst.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Begrenzung einer weiteren Erwärmung der ECU (10) Einrichtungen zur Verringerung der Treibstoff-Zufuhr an alle oder einige der Motor-Zylinder umfasst.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Begrenzung einer weiteren Erwärmung der ECU (10) Einrichtungen zur Abschaltung von Treibern in der ECU (10) umfasst, die zur Steuerung von Zusatzausrüstungen dienen.