DE10158917B4

DE10158917B4 - Steuergerät für einen Kühlerlüfter

Info

Publication number: DE10158917B4
Application number: DE2001158917
Authority: DE
Inventors: Josef Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-12-01
Also published as: EP1316696A2; EP1316696A3; DE10158917A1

Abstract

Steuergerät zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Kühlerlüftermotors für einen Wärmetauscher eines Motors eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
wobei das Steuergerät zum Festlegen eines Sollwerts für die Lüfterdrehzahl in Abhängigkeit von der Motorlast sowie zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl während einer Schubphase des Fahrzeugs und zum Reduzieren der Lüfterdrehzahl nach dem Ende der Schubphase des Fahrzeugs ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuergerät ein Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads eines die Spannung für den Kühlerlüftermotor erzeugenden Generators (4) aufweist und zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl ausgebildet ist, wenn der Auslastungsgrad kleiner als ein Grenzwert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Kühlerlüftermotors für einen Wärmetauscher eines Motors eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das zum Festlegen eines Sollwerts für die Lüfterdrehzahl in Abhängigkeit von der Motorlast sowie zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl während einer Schubphase des Fahrzeugs und zum Reduzieren nach dem Ende der Schubphase ausgebildet ist. Im Folgenden wird die in der Fachsprache übliche Bezeichnung "Steuergerät" benutzt, auch wenn das Gerät sowohl Steuer- als auch Regelfunktionen ausführt.
Bekannte Geräte steuern oder regeln die Kühlwassertemperatur eines Verbrennungsmotors, indem eine Solldrehzahl für den Kühlerlüftermotor ermittelt wird. Als Eingangsgrößen dienen die Kühlwassertemperatur, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Umgebungstemperatur sowie der Druck im Kältekreislauf der Klimaanlage. Anhand dieser Parameter wird die Drehzahl des Kühlerlüftermotors bedarfsgerecht geregelt bzw. gesteuert. Für die Solldrehzahl wird einerseits ein möglichst geringer Wert angestrebt, da hohe Lüfterdrehzahlen einen hohen Stromverbrauch und Geräuschemissionen zur Folge haben, andererseits muss die Lüfterdrehzahl so hoch gewählt werden, dass keine Motorüberhitzung und kein zu hoher Druck im Kältekreislauf entsteht.

In der JP 61102313 A wird zur Verhinderung von Lüftergeräuschen vorgeschlagen, den Lüfter in Abhängigkeit der Temperatur der Außenluft, der Temperatur des Kühlwassers, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Drehzahl des Motors, der Temperatur der Abgase und dem Öffnungswinkel der Drosselklappe anzusteuern.

In der DE 199 51 362 A1 wird ein Verfahren zur Regelung der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor beschrieben.

Dort wird vorgeschlagen, bei längeren Bergabfahrten oder im Schiebebetrieb die Solltemperatur des Kühlwassers auf einen Minimalwert abzusenken. Dieser Vorgang wird durch ein Ventil im Kühlkreislauf gesteuert. Eine Lüftersteuerung oder -regelung ist dabei jedoch nicht vorgesehen.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 62 534 A1 offenbart ein Steuersystem und Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer Vielzahl von Ventilatoren zur Kühlung einer Vielzahl von Strömungsmitteln in einer Arbeitsmaschine. Dabei kann die Drehzahl jedes Ventilators angepasst werden, zum einen anhand von Temperatursensoren, die die Temperatur der Strömungsmittel messen, zum anderen als Reaktion auf ein Bremssignal oder ein Leistungsanforderungssignal. Durch letztere Regelung soll erreicht werden, dass beim Bremsen eine weitere parasitäre Last zum Erleichtern des Bremsvorgangs hinzugefügt wird, im Falle einer Leistungsschubanforderung soll die Leistung des Motors optimiert werden.

Das Patent US 6,045,482 A schlägt ein System zur Regelung eines Lüfters in einem Motorkühlsystem vor. Dabei soll der Lüfter in Abhängigkeit der Auslastung des Motors bzw. von Motorzusatzgeräten angesteuert werden. Zum Einsparen von Kraftstoff werden dabei ein „free energy"- und ein „absorbing additional torque"-Zustand sowie ein „needs additional torque"-Zustand aufgrund des momentanen Kraftstoffverbrauchs definiert. Um Kraftstoff einzusparen oder eine zusätzliche Bremswirkung zu erzielen, wird der Lüfter in den entsprechenden Zuständen unterschiedlich angesteuert.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Steuergerät für einen Kühlerlüftermotor anzugeben, das eine verbesserte Anpassung an unterschiedliche Betriebszustände ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Steuergerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es ein Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads eines die Spannung für den Kühlerlüftermotor erzeugenden Generators aufweist und zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl ausgebildet ist, wenn der Auslastungsgrad kleiner als ein Grenzwert ist.

Wie bei bekannten Steuergeräten wird auch der Parameter "Motorlast" als Kriterium für die Bestimmung der Lüfterdrehzahl benutzt. Der Begriff "Motorlast" bezeichnet in diesem Zusammenhang das von dem Motor abgegebene Drehmoment, das im Fahrbetrieb starken Schwankungen unterliegt. Da das erfindungsgemäße Steuergerät die aktuelle Motorlast berücksichtigt, kann die Lüfterdrehzahl schneller an den jeweiligen Betriebszustand angepasst werden.

Besondere Vorteile lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät erzielen, das zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl während einer Schubphase des Fahrzeugs und zum Reduzieren nach dem Ende der Schubphase ausgebildet ist. In diesem Betriebszustand verbraucht der Motor wegen der Schubabschaltung keinen Kraftstoff. Der für den Antrieb des Lüfters benötigte Strom wird durch einen mit dem Motor mechanisch gekoppelten Generator erzeugt. Während der Schubabschaltphase kommt es nicht zu einem Mehrverbrauch von Kraftstoff, da die überschüssige kinetische Energie des Fahrzeugs zur Stromerzeugung verwendet wird. Daher ist es vorteilhaft, den Generator während der Schubphase voll auszulasten und die erzeugte elektrische Energie zu speichern. Da die Kapazität der Fahrzeugbatterie begrenzt ist und eine Vergrößerung aus Kostengründen ausscheidet, kann das Steuergerät die Lüfterdrehzahl während der Schubphase erhöhen, so dass die als "Kältespeicher" dienende Kühlflüssigkeit abgekühlt wird.

Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, weist das erfindungsgemäße Steuergerät ein Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads des Generators auf. Dadurch wird geprüft, ob der Generator bereits mit maximaler Belastung läuft oder ob der Auslastungsgrad kleiner als ein Grenzwert ist, so dass die Lüfterdrehzahl weiter erhöht werden kann. Auf diese Weise kann eine Überhitzung des Generators und eine zu starke Entladung der Fahrzeugbatterie vermieden werden.

Eine Energieeinsparung lässt sich erzielen, wenn die Lüfterdrehzahl durch das erfindungsgemäße Steuergerät nach der Schubphase auf einen kleine ren Wert als vorher reduziert wird. Die Drehzahlverringerung führt zu einem entsprechend geringeren Bedarf an elektrischer Energie, was letztendlich in einem verringerten Kraftstoffverbrauch resultiert.

Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads zum Auswerten des Signals der Klemme DF (Dynamo Feld) des Generators oder zur Durchführung einer Spannungsmessung ausgebildet ist. Die Signalauswertung der Klemme DF weist den Vorteil auf, dass die vorhandene Verkabelung benutzt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsalternative der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät zum Reduzieren der Lüfterdrehzahl während der Beschleunigungsphase des Fahrzeugs und zum Erhöhen nach dem Ende der Beschleunigungsphase ausgebildet ist. Dabei ist es von Vorteil, dass dem Kraftfahrzeugmotor zum Beschleunigen praktisch das gesamte Antriebsmoment zur Verfügung steht. Demgegenüber wird bei bekannten Lösungen ein Teil des Antriebsmoments zum Antrieb des Generators verbraucht, das dann nicht mehr für den Vortrieb zur Verfügung steht. Dieser Effekt macht sich besonders während der Beschleunigungsphasen störend bemerkbar, in denen der Kraftfahrzeugmotor träge wirkt.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel und den Figuren. Die Figuren sind schematische Zeichnungen und zeigen:
1 ein Blockschaltbild des Steuergeräts und der daran angeschlossenen Bauteile;
2a den zeitlichen Verlauf der Drehzahl während einer Fahrzeugschubphase; und
2b den zeitlichen Verlauf der Drehzahl während einer Beschleunigungsphase.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild mit einem Steuergerät 1, das mit einem Lüfter 2 verbunden ist, um den Lüfter 2 ein- und auszuschalten und dessen Drehzahl zu steuern. Durch den Lüfter 2 wird ein Wärmetauscher 3 gekühlt, der an einen Kühlkreislauf eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugmotors angeschlossen ist.
Die Stromversorgung des Elektromotors des Lüfters 2 erfolgt durch einen Generator 4. Das Steuergerät 1 und der Generator 4 sind über eine elektrische Leitung 5 miteinander verbunden, so dass der Betriebszustand des Generators 4, insbesondere dessen Auslastungsgrad, von dem Steuergerät 1 erfasst werden kann. Über die Verbindungsleitung 6 zwischen dem Lüfter 2 und dem Steuergerät 1 kann die Lüfterdrehzahl erfasst werden. In 1 ist jeweils nur eine einzige Verbindungsleitung 5, 6 eingezeichnet, die Leitung kann jedoch auch mehrere Adern aufweisen, falls weitere Signale erfasst werden sollen. Neben den Betriebszuständen des Generator und des Lüfters kann das Steuergerät 1 weitere Fahrzeugparameter wie Kühlwassertemperatur, Fahrgeschwindigkeit, Umgebungstemperatur und den Druck im Klima-Kältekreislauf erfassen.
2a stellt den zeitlichen Verlauf der Lüfterdrehzahl während einer Fahrzeugschubphase dar, z. B. während einer Bergabfahrt, also im Schubbetrieb. In diesem Betriebszustand findet eine Schubabschaltung statt, so dass der Verbrennungsmotor keinen Kraftstoff verbraucht. Aus diesem Grund führt der durch den vom Generator 4 erzeugte Strom nicht zu einem Mehrverbrauch von Kraftstoff. Während der Schubphase wird der Generator 4 daher ganz ausgelastet, indem die Lüfterdrehzahl ω erhöht wird. Der Lüfter 2 wird von dem Steuergerät 1 über die Verbindungsleitung 6 so gesteuert, dass die Lüfterdrehzahl ω von der Ausgangsdrehzahl 7 auf die Schubphasendrehzahl 8 erhöht wird. Das den Wärmetauscher 3 durchströmende Kühlmedium wird durch den Lüfter 2 stärker als vorher abgekühlt, daher kann während der Schubphase "auf Vorrat" gekühlt werden. Durch das Steuergerät 1 wird gleichzeitig der Auslastungsgrad des Generators 4 überwacht. Dazu wird über die Leitung 5 durch das Steuergerät 1 das Signal der Klemme DF (Dynamo Feld) erfasst, um festzustellen, ob der Generator 4 bereits mit maximaler Leistung läuft oder ob die an den Lüfter 2 abgegebene elektrische Leistung erhöht werden kann. Auf diese Weise wird eine Überlastung des Generators 4 vermieden.
Nach dem Ende der Schubphase kann die Drehzahl auf eine Enddrehzahl 9 abgesenkt werden, wie in 2a dargestellt ist. Die Enddrehzahl 9 ist kleiner als die Ausgangsdrehzahl 7, da die Kühlflüssigkeit während der vorhergehenden Schubphase auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wurde, so dass anschließend eine reduzierte Lüfterdrehzahl ausreicht. Es ist daher möglich, den Lüfter 2 nach der Schubphase mit einer geringeren Drehzahl 9 zu betreiben, ohne dass Nachteile für die Motorkühlung entstehen. Die gewählte niedrigere Drehzahl 9 kann abhängig davon gewählt werden, wie lange die Schubphase dauerte.
2b zeigt den Verlauf der Lüfterdrehzahl während einer Beschleunigungsphase. Während der Beschleunigungsphase wird die Solldrehzahl des Lüfters 2 von der Ausgangsdrehzahl 7 auf eine wesentlich geringere Beschleunigungsdrehzahl 10 reduziert. Während der Beschleunigung wird das maximale Antriebsmoment des Kraftfahrzeugmotors benötigt. Es ist daher sinnvoll, Aggregate wie den Generator 4 nur mit geringer Leistung zu betreiben oder abzuschalten, da sie einen Teil des von dem Kraftfahrzeugmotor erzeugten Moments verbrauchen, das dann nicht mehr zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht.
Wie in 2b zu erkennen ist, wird der Lüfter 2 während der Beschleunigungsphase mit der reduzierten Beschleunigungsdrehzahl 10 betrieben, so dass der Lüfterstrom deutlich reduziert wird und sogar gegen Null gehen kann. Der Lüfterrotor dreht aufgrund seiner Trägheit mit verringerter Drehzahl weiter. Da die Beschleunigungsphase typischerweise nur einige Sekunden andauert, wirkt sich die Reduzierung der Lüfterdrehzahl nicht nachteilig auf das Kühlsystem aus. Nach dem Ende der Beschleunigungsphase wird die Lüfterdrehzahl wieder auf die Ausgangsdrehzahl 7 angehoben.

Claims

Steuergerät zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Kühlerlüftermotors für einen Wärmetauscher eines Motors eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Steuergerät zum Festlegen eines Sollwerts für die Lüfterdrehzahl in Abhängigkeit von der Motorlast sowie zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl während einer Schubphase des Fahrzeugs und zum Reduzieren der Lüfterdrehzahl nach dem Ende der Schubphase des Fahrzeugs ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät ein Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads eines die Spannung für den Kühlerlüftermotor erzeugenden Generators (4) aufweist und zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl ausgebildet ist, wenn der Auslastungsgrad kleiner als ein Grenzwert ist.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zum Reduzieren der Lüfterdrehzahl nach einer Schubphase des Fahrzeugs auf einen kleineren Wert im Vergleich zu der Lüfterdrehzahl vor der Schubphase des Fahrzeugs ausgebildet ist.
Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel das Auswerten des Signals der Klemme Dynamo Feld des Generators (4) oder eine Spannungsmessung umfasst.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zum Reduzieren der Lüfterdrehzahl während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs und zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl nach dem Ende der Beschleunigungsphase ausgebildet ist.