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Dokumentenidentifikation DE102005048313A1 12.04.2007
Titel Verfahren zur Diagnose des Zustands eines Thermostaten
Anmelder IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr, 10587 Berlin, DE
Erfinder Schulte, Peter, Dr.rer.nat., 15749 Mittenwalde, DE
DE-Anmeldedatum 06.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048313
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F01P 11/14(2006.01)A, F, I, 20051006, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02D 41/22(2006.01)A, L, I, 20051006, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose des Zustands eines Thermostaten in einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine. Das Kühlsystem besteht aus einem kleinen und großen Kühlmittelkreislauf, wobei der große Kühlmittelkreislauf einen Kühler mit einem ansteuerbaren Lüfter umfasst. Der Thermostat wechselt bei steigender Temperatur beim Durchlaufen eines Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs der Kühlmitteltemperatur von dem Zustand "geschlossen" in den Zustand "offen", bei sinkender Kühlmitteltemperatur wechselt er beim Durchlaufen des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs zurück in den Zustand "geschlossen". Zur Diagnose wird der Lüfter zeitlich definiert eingeschaltet, wobei zeitlich vor und nach dem Einschalten eine Temperaturmessung des Kühlmittels erfolgt. Unter der Berücksichtigung dieser Messungen und eines Vergleichs mit der unteren Tu und oberen Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs To wird auf den intakten (offen oder geschlossen) oder defekten (geschlossen klemmend oder offen klemmend) Zustand des Thermostaten geschlossen.
Die Diagnose basiert auf dem Zusammenhang zwischen dem Einschalten des Lüfters und der daraus resultierenden Temperaturabsenkung des Kühlmittels, sofern dieses über den großen Kühlmittelkreislauf zirkuliert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose des Zustands eines Thermostaten in einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Thermostat übernimmt die Aufgabe, die Temperatur des Kühlmittels auf einen bestimmten Wert, üblicherweise von 90 °C, zu regeln. Diese Temperatur wird auch als Thermostat-Regeltemperatur Tr bezeichnet. Die Regelung erfolgt durch temperaturabhängiges Öffnen bzw. Schließen des Thermostatventils, infolgedessen der Kühlmittelwärmetauscher des großen Kühlmittelkreislaufs, im Folgenden Kühler genannt, mehr oder weniger in den Kühlmittelkreislauf eingebunden wird.

Unterhalb der unteren Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs Tu ist ein intakter Thermostat im Zustand „geschlossen" und das Kühlmittel zirkuliert nur über den kleinen Kühlmittelkreislauf ohne Kühler. Das Thermostatventil ist in diesem Fall vollständig geschlossen.

Der Thermostat-Regeltemperatur-Bereich erstreckt sich auf wenige °C, beispielsweise +/– 2 °C, um die Thermostat-Regeltemperatur Tr herum, so dass beispielsweise die untere Grenze Tu bei 88 °C und die obere Grenze To bei 92 °C liegt.

Oberhalb der oberen Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs To ist ein intakter Thermostat im Zustand „offen" und der Kühler ist mit seiner vollen Wirkung Bestandteil des Kühlmittelkreislaufs. In diesem Fall ist das Thermostatventil vollständig geöffnet.

Innerhalb des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs ist ein intaktes Thermostatventil, abhängig von der aktuellen Kühlmitteltemperatur, teilweise geöffnet und ist Bestandteil eines Regelkreises, der die Temperatur in etwa auf dem Wert der Thermostat-Regeltemperatur Tr hält.

Ein defekter Thermostat weist den Zustand „offen klemmend" oder „geschlossen klemmend" auf, das heißt, er ändert seinen Zustand nicht mehr temperaturabhängig.

Im Zustand „offen klemmend" wechselt der Thermostat bei Unterschreiten der unteren Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs Tu nicht aus dem Zustand „offen" in den Zustand „geschlossen" zurück bzw. ist schon nach dem Motorstart in dem Zustand „offen". Dies führt zu einer sehr langsamen und ungenügenden Erwärmung des Motors, der unter Umständen seine Betriebstemperatur nicht erzielt. Auf jeden Fall resultieren hieraus erhöhte Emissionswerte.

Im Zustand „geschlossen klemmend" wechselt er bei Überschreiten der oberen Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs To nicht in den Zustand „offen". Damit wird der Motor durch das Kühlmittel nur unzureichend gekühlt, so dass die Gefahr besteht, dass dies nach kurzer Zeit zur Schädigung oder Zerstörung des Motors führen kann.

Eine Überwachung des Thermostaten für die Temperatur des Kühlmittels kann prinzipiell durch eine Verlaufsüberwachung der Motorerwärmung nach dem Motorstart durch ein Motorsteuergerät realisiert werden. Da jedoch diese Aufheizkurve des Motors außer von konstanten Gegebenheiten, wie der Auslegung des Motors und des Kühlmittelkreislaufs, von einer Reihe variabler Parameter beeinflusst ist, die sich mit den Betriebsbedingungen (beispielsweise Geschwindigkeit, Last oder Drehzahl) und den Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs ändern, muss die Bewertung der Aufheizkurve durch das Motorsteuergerät situationsabhängig erfolgen. Daher basieren aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen und Verfahren zur Diagnose eines defekten Thermostaten auf der Überwachung der Temperatur des Kühlmittels durch das Motorsteuergerät, deren Vergleich mit einem Temperatur-Sollwert, der sich über eine Reihe von Kennlinien und Kennfelder aus der Überwachung der genannten Parameter ergibt, und auf der Überprüfung von Freigabe- und Verriegelungsbedingungen, die sicherstellen sollen, dass die Bewertung der Motorerwärmung nur unter definierten Bedingungen erfolgt. Beispielsweise ist aus der DE 195 04 893 B4 ein derartiges Verfahren bekannt.

Ferner ist aus der DE 199 58 385 A1 ein Verfahren zur Diagnose des Kühlwasserthermostaten und/oder des zugehörigen Temperatursensors im Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine bekannt. Zur Diagnose des Kühlwasserthermostaten wird hierbei das Verlustmoment der Brennkraftmaschine, das sich aus Reibung und Ladungswechsel zusammensetzt, herangezogen und ausgewertet. Hierbei wird aus Änderungen des Verlustmoments – bezüglich Kennlinien und Berechnungsfunktionen – auf das ordnungsgemäße Funktionieren des Kühlwasserthermostaten und/oder des Temperatursensors geschlossen.

Insgesamt sind diese Verfahren relativ komplex und erfordern einen relativ hohen Applikationsaufwand zur Ermittlung und Bedatung (Applikation, Parametrierung) der relevanten Kenngrößen, -linien und -felder.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe der Diagnose eines defekten Thermostaten mit einem geringen Applikations- und Zeitaufwand zugrunde.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne großen Applikationsaufwand und innerhalb einer kurzen Zeitdauer die Diagnose des Zustands eines Thermostaten realisierbar ist.

Durch ein gezieltes Einschalten des Lüfters und der daraus resultierenden, abrupt sinkenden Temperatur des Kühlmittels – starker negativer Gradient –, sofern das Kühlmittel in dem großen Kühlmittelkreislauf zirkuliert, sowie der Berücksichtigung des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs kann auf den intakten oder defekten Zustand des Thermostaten geschlossen werden.

Auch eine Anblasung mit vorerwärmter Luft, beispielsweise durch den Klima-Kondensator, hat keinen relevanten Einfluss auf das Absinken der Temperatur des Kühlmittels, so dass ein Einschalten des Lüfters und der engen zeitlichen Korrelation mit dem Absinken auf den Zustand des Lüfters geschlossen werden kann. Hierbei ist keine aufwendige Überwachung und Bewertung des Betriebszustands des Fahrzeugs erforderlich.

Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.

Zeichnung

Es zeigt:

1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

1 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 1 wird der Motor gestartet und das Diagnoseverfahren beginnt.

Die Messung der Temperatur des Kühlmittels erfolgt in Schritt 2. Daran anschließend wird in Schritt 3 eine Abfrage durchgeführt, ob die in Schritt 2 gemessene Temperatur größer oder gleich einer zuvor festgelegten unteren Diagnosetemperatur Td1 des Kühlmittels ist, die deutlich über typischen Temperaturen der Umgebungsluft aber auch deutlich unterhalb der unteren Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs Tu liegen sollte. Dies stellt sicher, dass ein intakter Thermostat auf jeden Fall geschlossen ist und dass durch ein Einschalten des Lüfters in dem unten beschriebenen Schritt 4 im Falle eines „offen klemmenden" Thermostaten eine Kühlungswirkung auf jeden Fall erzielt wird.

Sofern in Schritt 3 die untere Diagnosetemperatur Td1 noch nicht erreicht wurde, wird mit Schritt 2 das Diagnoseverfahren weitergeführt. Ansonsten wird in Schritt 4 der Lüfter des Kühlers eingeschaltet.

Nach einer vorzugebenden Wartezeit erfolgt in Schritt 5 eine weitere Messung der Temperatur des Kühlmittels und daran anschließend wird der Lüfter in Schritt 6 ausgeschaltet. In der in Schritt 7 durchgeführten Abfrage wird überprüft, ob die in Schritt 5 gemessene Temperatur um einen vorzugebenden Mindestbetrag niedriger ist, als die in Schritt 2 gemessene Temperatur. Sofern dies zutrifft, zirkuliert das Kühlmittel über den großen Kühlmittelkreislauf und die Absenkung der Temperatur resultiert durch das kurzzeitige Ein- und Ausschalten des Lüfters. Auch in dem Fall, in dem der Lüfter vorerwärmte Luft auf den Kühler bläst, resultiert ein erheblicher Wärmeaustrag durch den Kühler, so dass die Temperatur des Kühlmittels abrupt absinkt. In diesem Fall wird in Schritt 8 der Zustand „offen klemmend" des Thermostaten diagnostiziert und beispielsweise über eine Fehlermeldung ausgegeben. Anschließend endet das Diagnoseverfahren in Schritt 9.

In dem Fall, in dem in Schritt 7 die in Schritt 5 gemessene Temperatur nicht geringer im Vergleich zu der in Schritt 2 gemessenen Temperatur ist, da das Kühlmittel über den kleinen Kühlmittelkreislauf zirkuliert, wird in Schritt 10 der Zustand „geschlossen" des Thermostaten diagnostiziert.

In Schritt 11 erfolgt erneut die Messung der Temperatur des Kühlmittels. Anschließend erfolgt in Schritt 12 eine Abfrage, ob die in Schritt 11 gemessene Temperatur des Kühlmittels größer oder gleich einer oberen Diagnosetemperatur Td2 ist. Diese obere Diagnosetemperatur Td2 soll deutlich oberhalb der oberen Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs To liegen. Damit wird der zu erwartende Temperatureinbruch beim Einschalten des Lüfters nicht durch die Thermostatregelung selbst unterdrückt.

Sofern in Schritt 12 die obere Diagnosetemperatur Td2 noch nicht erreicht wurde, wird mit Schritt 11 das Diagnoseverfahren weitergeführt. Ansonsten wird in Schritt 13 der Lüfter des Kühlers erneut eingeschaltet.

In Schritt 14 erfolgt nochmals eine Messung der Temperatur des Kühlmittels und daran anschließend wird der Lüfter in Schritt 15 ausgeschaltet. Wenn der Lüfter bereits vor Schritt 13 eingeschaltet ist, wird der Schritt 15 übersprungen.

In der in Schritt 16 durchgeführten Abfrage wird überprüft, ob die in Schritt 14 gemessene Temperatur um einen vorgegebenen Mindestbetrag geringer im Vergleich zu der in Schritt 11 gemessenen Temperatur ist. Sofern dies nicht zutrifft, zirkuliert das Kühlmittel über den kleinen Kühlmittelkreislauf. In diesem Fall wird in Schritt 17 der Zustand „geschlossen klemmend" des Thermostaten diagnostiziert und beispielsweise über eine Fehlermeldung ausgegeben. Anschließend endet das Diagnoseverfahren in Schritt 18.

In dem Fall, in dem in Schritt 16 die in Schritt 14 gemessene Temperatur geringer im Vergleich zu der in Schritt 11 gemessenen Temperatur ist, da das Kühlmittel über den großen Kühlmittelkreislauf zirkuliert und durch den Lüfter abgekühlt wird, wird in Schritt 19 der Zustand „offen" des Thermostaten diagnostiziert. Daran anschließend endet in Schritt 20 das Diagnoseverfahren.

Da die Schritte 6 und 15 für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zwingend erforderlich sind, können diese auch weggelassen/übersprungen werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Diagnose des Zustands eines Thermostaten in einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, wobei

– das Kühlsystem aus einem kleinen und einem großen Kühlmittelkreislauf besteht und

– der große Kühlmittelkreislauf einen Kühler mit einem ansteuerbaren Lüfter umfasst und

– der Thermostat innerhalb eines Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs von dem Zustand „offen" in den Zustand "geschlossen" wechselt bzw. umgekehrt und

– der Thermostat unterhalb einer unteren Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs Tu im Zustand „geschlossen" ist und

– der Thermostat oberhalb einer oberen Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs To im Zustand „offen" ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Lüfter zeitlich definiert eingeschaltet wird, wobei

– die Temperatur des Kühlmittels zeitlich vor und nach dem Einschalten des Lüfters gemessen wird und

– aus dem Vergleich der beiden gemessenen Temperaturen des Kühlmittels sowie der Berücksichtigung eines Vergleichs der zeitlich vor dem Einschalten des Lüfters gemessenen Temperatur des Kühlmittels mit der unteren Tu und oberen Grenze des Thermostat-Regeltemperatur-Bereichs To die Zustände „geschlossen" und „offen" als auch die Zustände „offen klemmend" und „geschlossen klemmend" des Thermostaten diagnostizierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Starten des Motors und Beginn der Diagnose;

b) Messung der Temperatur des Kühlmittels;

c) Abfrage, ob Temperatur bei b) größer oder gleich als eine untere Diagnosetemperatur Td1 ist, weiter mit d), ansonsten weiter mit b);

d) Einschalten des Lüfters;

e) Messung der Temperatur des Kühlmittels;

f) Ausschalten des Lüfters;

g) Abfrage, ob Temperatur bei e) geringer als bei b) oder um einen vorgegebenen Mindestbetrag geringer als bei b), weiter mit h), ansonsten weiter mit j);

h) Diagnose des Zustands „offen klemmend" des Thermostaten;

i) Ende der Diagnose;

j) Diagnose des Zustands „geschlossen" des Thermostaten;

k) Messung der Temperatur des Kühlmittels;

l) sofern Temperatur bei k) größer oder gleich als eine obere Diagnosetemperatur Td2 ist, weiter mit l), ansonsten weiter mit j);

m) Einschalten des Lüfters;

n) Messung der Temperatur des Kühlmittels;

o) Ausschalten des Lüfters;

p) Abfrage, ob Temperatur bei n) geringer als bei k) oder um einen vorgegebenen Mindestbetrag geringer als bei k), weiter mit s), ansonsten weiter mit q);

q) Diagnose des Zustands „geschlossen klemmend" des Thermostaten;

r) Ende der Diagnose;

s) Diagnose des Zustands „offen" des Thermostaten;

t) Ende der Diagnose.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte zur Diagnose des Zustands „geschlossen" oder „offen klemmend" des Thermostaten:

a) Starten des Motors und Beginn der Diagnose;

b) Messung der Temperatur des Kühlmittels;

c) Abfrage, ob Temperatur bei b) größer oder gleich als eine untere Diagnosetemperatur Td1 ist, weiter mit d), ansonsten weiter mit b);

d) Einschalten des Lüfters;

e) Messung der Temperatur des Kühlmittels;

f) Ausschalten des Lüfters;

g) Abfrage, ob Temperatur bei e) geringer als bei b) oder um einen vorgegebenen Mindestbetrag geringer als bei b), weiter mit h), ansonsten weiter mit j);

h) Diagnose des Zustands „offen klemmend" des Thermostaten;

i) Ende der Diagnose;

j) Diagnose des Zustands „geschlossen" des Thermostaten;

k) Ende der Diagnose.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte zur Diagnose des Zustands „offen" oder „geschlossen klemmend" des Thermostaten:

a) Beginn der Diagnose;

b) Messung der Temperatur des Kühlmittels;

c) Abfrage, ob Temperatur bei b) größer oder gleich als eine obere Diagnosetemperatur Td2 ist, weiter mit d), ansonsten weiter mit b);

d) Einschalten des Lüfters;

e) Messung der Temperatur des Kühlmittels;

f) Ausschalten des Lüfters;

g) Abfrage, ob Temperatur bei e) geringer als bei b) oder um einen vorgegebenen Mindestbetrag geringer als bei b), weiter mit j), ansonsten weiter mit h);

h) Diagnose des Zustands „geschlossen klemmend" des Thermostaten;

i) Ende der Diagnose;

j) Diagnose des Zustands „offen" des Thermostaten;

k) Ende der Diagnose.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, wobei es auf einem Speicher des Computers abgelegt ist. Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Diagnose des Zustands eines Thermostaten, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Speicher umfasst, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 5 abgelegt ist.






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